Композиты на основе смолы, армированные углеродным волокном, демонстрируют лучшую удельную прочность и жесткость, чем металлы, но склонны к усталостному разрушению. Рыночная стоимость композитов на основе смол, армированных углеродным волокном, может достичь 31 миллиарда долларов в 2024 году, но стоимость системы мониторинга состояния конструкций для обнаружения усталостных повреждений может превысить 5,5 миллиардов долларов.
Чтобы решить эту проблему, исследователи изучают нанодобавки и самовосстанавливающиеся полимеры, чтобы остановить распространение трещин в материалах. В декабре 2021 года исследователи из Политехнического института Ренсселера Вашингтонского университета и Пекинского химико-технологического университета предложили композитный материал со стеклоподобной полимерной матрицей, который может обратить вспять усталостные повреждения. Матрица композита состоит из обычных эпоксидных смол и специальных эпоксидных смол, называемых витримерами. По сравнению с обычной эпоксидной смолой ключевое отличие стеклообразующего агента заключается в том, что при нагревании выше критической температуры происходит обратимая реакция сшивки, и он обладает способностью самовосстанавливаться.
Даже после 100 000 циклов повреждений усталость композитов можно обратить вспять периодическим нагревом до температуры чуть выше 80°C. Кроме того, использование свойств углеродных материалов нагреваться под воздействием радиочастотных электромагнитных полей может заменить использование обычных нагревателей для выборочного ремонта компонентов. Этот подход устраняет «необратимый» характер усталостных повреждений и может обратить вспять или отсрочить повреждение композита, вызванное усталостью, практически на неопределенный срок, продлевая срок службы конструкционных материалов и снижая затраты на техническое обслуживание и эксплуатацию.
УГЛЕРОДНОЕ / КАРБИДНО-КРЕМНИЕВОЕ ВОЛОКНО МОЖЕТ ВЫДЕРЖИВАТЬ СВЕРХВЫСОКИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ 3500 ° C.
Концептуальное исследование НАСА «Межзвездный зонд», проводимое Лабораторией прикладной физики Университета Джонса Хопкинса, станет первой миссией по исследованию космоса за пределами нашей Солнечной системы, требующей перемещения на более высоких скоростях, чем любой другой космический корабль. Далеко. Чтобы иметь возможность преодолевать очень большие расстояния на очень высоких скоростях, межзвездным зондам, возможно, придется выполнить «маневр Обера», который повернет зонд близко к Солнцу и использует солнечную гравитацию, чтобы катапультировать зонд в глубокий космос.
Для достижения этой цели необходимо разработать легкий материал, устойчивый к сверхвысоким температурам, для солнечного экрана детектора. В июле 2021 года американский разработчик высокотемпературных материалов Advanced Ceramic Fiber Co., Ltd. и Лаборатория прикладной физики Университета Джонса Хопкинса совместно разработали легкое сверхвысокотемпературное керамическое волокно, способное выдерживать высокие температуры до 3500°C. Исследователи превратили внешний слой каждой нити из углеродного волокна в карбид металла, такой как карбид кремния (SiC/C), посредством процесса прямого преобразования.
Исследователи протестировали образцы с помощью испытаний пламенем и вакуумного нагрева, и эти материалы показали потенциал легких материалов с низким давлением пара, расширяя текущий верхний предел в 2000°C для материалов из углеродного волокна и поддерживая определенную температуру на уровне 3500°C. Механическая прочность, ожидается, что в будущем она будет использоваться в солнечном экране зонда.
Время публикации: 18 июля 2022 г.