研究人员开发了一种新型激光技术用于制备耐超高温陶瓷材料，该技术通过精准调控激光参数实现陶瓷结构的优化与功能化集成。其核心原理是利用高能激光束对陶瓷前驱体进行选择性烧结或熔覆，通过调整激光功率（如纳秒级脉冲激光）、聚焦方式（线聚焦优于点聚焦）及辅助气体流速（超音速气流可抑制裂纹）等参数，控制材料热影响区并减少热应力损伤。该技术突破传统工艺限制，可实现以下创新应用：
1. **复杂三维结构制造**
激光的近净成形特性使陶瓷部件能按需设计异形结构，例如航天器整流罩的多曲率曲面或核反应堆燃料棒包
"烧结是将粉末或液体等原材料转化为陶瓷材料的关键工艺，"该研究论文的共同通讯作者、北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程系教授徐雪莉表示。"我们重点研究了一种名为碳化铪（HfC）的超高温陶瓷。传统工艺需要将原材料置于2200摄氏度以上的高温炉中进行烧结，这个过程既耗时又耗能。
"我们的新技术更快、更简便且能耗更低。"
该创新工艺通过在惰性环境（如真空室或氩气室）中对液态聚合物前驱体表面施加120瓦激光进行烧结，使其转化为固态陶瓷。该技术可通过两种方式实现应用。
首先，液态前驱体可作为涂层涂覆于碳复合材料等底层结构表面，适用于导弹、空间探测飞行器等高超音速技术领域。通过激光对涂覆后的前驱体进行选择性烧结，无需使整个结构经受高温处理。
"这种方法尤其适用于无法承受传统炉内烧结温度的热敏感基材，"徐教授解释道。"我们成功在碳/碳复合材料表面制备出具有强附着力、均匀覆盖度的HfC涂层，这种涂层可作为热防护层和抗氧化层。"
第二种应用方式与增材制造技术相结合。具体而言，激光烧结可与类立体光刻技术协同工作：激光器安装于液态前驱体槽上方的定位平台，通过逐层绘制数字模型剖面并进行激光选择性固化，最终构建三维陶瓷结构。
"精确来说，激光不仅烧结液态前驱体，"徐教授强调。"它首先将液态聚合物转化为固态聚合物，继而转为陶瓷材料，这两个转化过程在极短时间内完成，实质上是一步成型工艺。"
概念验证实验表明，该技术可从液态前驱体直接制备出高结晶度、单相纯度的HfC陶瓷。研究人员还展示了激光烧结制备的HfC涂层与碳纤维增强碳复合材料（C/C）基底的良好结合性能，涂层无剥落现象。
与传统烧结工艺相比，激光烧结技术展现出多方面优势：成型时间从数小时缩短至数分钟；能量利用率提升50%以上（材料转化率达50%，传统工艺仅20-40%）；设备便携性显著增强，真空室和增材制造系统比大型高温炉更易运输部署。
该技术突破为核能生产等极端温度环境应用开辟了新途径。研究表明，激光烧结制备的HfC材料不仅具有优异的热稳定性，其快速成型特性还可实现复杂构件的精确制造，满足航空航天领域对热防护系统（如鼻锥体、机翼前缘）的严苛要求。
目前研究团队正与北卡罗来纳大学夏洛特分校先进陶瓷增材制造中心合作推进技术转化，寻求产学研合作机会以实现工程化应用。