Армовані вуглецевим волокном матричні композити демонструють кращу питому міцність і жорсткість, ніж метали, але схильні до втомного руйнування.Ринкова вартість армованих вуглецевим волокном матричних композитів із смоли може сягнути 31 мільярда доларів у 2024 році, але вартість системи моніторингу здоров’я конструкцій для виявлення втомлених пошкоджень може перевищити 5,5 мільярда доларів.
Щоб вирішити цю проблему, дослідники досліджують нанодобавки та полімери, що самовідновлюються, щоб запобігти поширенню тріщин у матеріалах.У грудні 2021 року дослідники з Політехнічного інституту Ренсселера Вашингтонського університету та Пекінського хіміко-технологічного університету запропонували композитний матеріал із склоподібною полімерною матрицею, який може усунути втомне пошкодження.Матриця композиту складається зі звичайних епоксидних смол і спеціальних епоксидних смол, які називаються вітримерами.Порівняно зі звичайною епоксидною смолою ключова відмінність склоподібного агента полягає в тому, що при нагріванні вище критичної температури відбувається оборотна реакція зшивання, і він має здатність самовідновлюватися.
Навіть після 100 000 циклів пошкодження втома композитів може бути скасована шляхом періодичного нагрівання до температури трохи вище 80°C.Крім того, використання властивостей вуглецевих матеріалів нагріватися під впливом радіочастотних електромагнітних полів може замінити використання звичайних нагрівачів для вибіркового ремонту компонентів.Цей підхід розглядає «необоротну» природу втомного пошкодження та може повернути або відстрочити композитне пошкодження, спричинене втомою, майже на невизначений термін, подовжуючи термін служби конструкційних матеріалів і знижуючи витрати на обслуговування та експлуатацію.
ВУГЛЕЦЕВЕ / КАРБІДНО-КРЕМНІЙНЕ ВОЛОКНО МОЖЕ ВИТРИМУВАТИ НАДВИСОКУ ТЕМПЕРАТУРУ 3500 °C
Концептуальне дослідження НАСА «Міжзоряний зонд», очолюване Лабораторією прикладної фізики Університету Джонса Хопкінса, стане першою місією для дослідження космосу за межами нашої Сонячної системи, яка потребуватиме подорожі з більшою швидкістю, ніж будь-який інший космічний апарат.далеко.Щоб мати можливість досягати дуже великих відстаней на дуже високих швидкостях, міжзоряним зондам може знадобитися виконати «маневр Оберса», який підведе зонд близько до Сонця та використає гравітацію Сонця, щоб катапультувати зонд у глибокий космос.
Для досягнення цієї мети необхідно розробити легкий, надвисокотемпературний матеріал для сонячного захисту детектора.У липні 2021 року американський розробник високотемпературних матеріалів Advanced Ceramic Fiber Co., Ltd. і Лабораторія прикладної фізики Університету Джонса Хопкінса співпрацювали, щоб розробити легке, надвисокотемпературне керамічне волокно, яке може витримувати високу температуру 3500°C.Дослідники перетворили зовнішній шар кожної нитки вуглецевого волокна на карбід металу, такий як карбід кремнію (SiC/C), шляхом прямого процесу перетворення.
Дослідники випробували зразки за допомогою випробування полум’ям і вакуумного нагрівання, і ці матеріали показали потенціал легких матеріалів із низьким тиском пари, розширивши поточну верхню межу 2000°C для матеріалів з вуглецевого волокна та підтримуючи певну температуру на рівні 3500°C.Механічна міцність, очікується, що в майбутньому вона буде використана в сонячному екрані зонда.
Час публікації: 18 липня 2022 р