Compozitele cu matrice de rășină armată cu fibră de carbon prezintă o rezistență specifică și o rigiditate mai bună decât metalele, dar sunt predispuse la cedarea la oboseală. Valoarea de piață a compozitelor cu matrice de rășini armate cu fibră de carbon ar putea ajunge la 31 de miliarde de dolari în 2024, dar costul unui sistem de monitorizare structurală a sănătății pentru a detecta daunele cauzate de oboseală ar putea fi de peste 5,5 miliarde de dolari.
Pentru a rezolva această problemă, cercetătorii explorează nano-aditivi și polimeri cu auto-vindecare pentru a opri propagarea fisurilor în materiale. În decembrie 2021, cercetătorii de la Institutul Politehnic Rensselaer de la Universitatea Washington și de la Universitatea de Tehnologie Chimică din Beijing au propus un material compozit cu o matrice polimerică asemănătoare sticlei care poate inversa deteriorarea cauzată de oboseală. Matricea compozitului este compusă din rășini epoxidice convenționale și rășini epoxidice speciale numite vitrimeri. În comparație cu rășina epoxidica obișnuită, diferența cheie dintre agentul de vitrificare este că atunci când este încălzit peste temperatura critică, are loc o reacție reversibilă de reticulare și are capacitatea de a se repara singur.
Chiar și după 100.000 de cicluri de deteriorare, oboseala din compozite poate fi inversată prin încălzire periodică la un timp puțin peste 80°C. În plus, exploatarea proprietăților materialelor de carbon de a se încălzi atunci când sunt expuse la câmpuri electromagnetice RF poate înlocui utilizarea încălzitoarelor convenționale pentru repararea selectivă a componentelor. Această abordare abordează natura „ireversibilă” a daunelor cauzate de oboseală și poate inversa sau întârzia daunele provocate de oboseală compozite aproape la nesfârșit, prelungind durata de viață a materialelor structurale și reducând costurile de întreținere și operare.
FIBRA DE CARBURĂ DE CARBON/SILICIO POATE RESISTENTĂ LA TEMPERATURĂ ULTRA-ÎNALTE DE 3500°C
Studiul conceptual „Interstellar Probe” al NASA, condus de Laboratorul de Fizică Aplicată al Universității Johns Hopkins, va fi prima misiune care va explora spațiul dincolo de sistemul nostru solar, necesitând călătorii cu viteze mai mari decât orice altă navă spațială. Departe. Pentru a putea atinge distanțe foarte mari la viteze foarte mari, sondele interstelare ar putea avea nevoie să efectueze o „manevră Obers”, care ar balansa sonda aproape de soare și ar folosi gravitația soarelui pentru a catapulta sonda în spațiul profund.
Pentru a atinge acest obiectiv, trebuie dezvoltat un material ușor, la temperaturi ultra-înalte, pentru scutul solar al detectorului. În iulie 2021, dezvoltatorul american de materiale la temperatură înaltă Advanced Ceramic Fiber Co., Ltd. și Laboratorul de fizică aplicată de la Universitatea Johns Hopkins au colaborat pentru a dezvolta o fibră ceramică ușoară, la temperaturi ultra-înalte, care poate rezista la temperaturi ridicate de 3500°C. Cercetătorii au transformat stratul exterior al fiecărui filament de fibră de carbon într-o carbură metalică, cum ar fi carbura de siliciu (SiC/C), printr-un proces de conversie directă.
Cercetătorii au testat probele utilizând testarea la flacără și încălzirea în vid, iar aceste materiale au arătat potențialul materialelor ușoare, cu presiune scăzută a vaporilor, extinzând limita superioară actuală de 2000°C pentru materialele din fibră de carbon și menținând o anumită temperatură la 3500°C. Rezistență mecanică, este de așteptat să fie folosit în scutul solar al sondei în viitor.
Ora postării: Iul-18-2022