Kolfiberförstärkta hartsmatriskompositer uppvisar bättre specifik styrka och styvhet än metaller, men är benägna att utmattningsfel. Marknadsvärdet för kolfiberförstärkta hartsmatriskompositer kan nå 31 miljarder dollar 2024, men kostnaden för ett strukturellt hälsoövervakningssystem för att upptäcka utmattningsskador kan vara uppemot 5,5 miljarder dollar.
För att ta itu med detta problem undersöker forskare nanotillsatser och självläkande polymerer för att stoppa sprickor från att spridas i material. I december 2021 föreslog forskare vid Washington Universitys Rensselaer Polytechnic Institute och Beijing University of Chemical Technology ett kompositmaterial med en glasliknande polymermatris som kan vända utmattningsskador. Kompositens matris är sammansatt av konventionella epoxihartser och speciella epoxihartser som kallas vitrimerer. Jämfört med vanligt epoxiharts är nyckelskillnaden mellan förglasningsmedel att när det värms över den kritiska temperaturen uppstår en reversibel tvärbindningsreaktion, och den har förmågan att reparera sig själv.
Även efter 100 000 skadecykler kan utmattning i kompositer vändas genom periodisk uppvärmning till en tid strax över 80°C. Dessutom kan utnyttjande av egenskaperna hos kolmaterial för att värmas upp när de utsätts för RF-elektromagnetiska fält ersätta användningen av konventionella värmare för selektiv reparation av komponenter. Detta tillvägagångssätt tar itu med den "irreversibla" karaktären av utmattningsskador och kan vända eller fördröja kompositutmattningsinducerade skador nästan på obestämd tid, vilket förlänger livslängden för konstruktionsmaterial och minskar underhålls- och driftskostnader.
KOL / KISELKARBID FIBER TÅLLER 3500 ° C ULTRAHÖG TEMPERATUR
NASA:s "Interstellar Probe"-konceptstudie, ledd av Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, kommer att vara det första uppdraget att utforska rymden bortom vårt solsystem, vilket kräver resor med snabbare hastigheter än någon annan rymdfarkost. Långt. För att kunna nå mycket långa avstånd med mycket höga hastigheter kan interstellära sonder behöva utföra en "Obers-manöver", som skulle svänga sonden nära solen och använda solens gravitation för att slunga sonden ut i rymden.
För att uppnå detta mål behöver ett lättviktsmaterial med ultrahög temperatur utvecklas för detektorns solskydd. I juli 2021 samarbetade den amerikanska högtemperaturmaterialutvecklaren Advanced Ceramic Fiber Co., Ltd. och Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory för att utveckla en lätt, ultrahög temperatur keramisk fiber som tål höga temperaturer på 3500°C. Forskarna omvandlade det yttre lagret av varje kolfiberfilament till en metallkarbid som kiselkarbid (SiC/C) genom en direkt omvandlingsprocess.
Forskarna testade proverna med hjälp av flamtestning och vakuumuppvärmning, och dessa material visade potentialen hos lättviktsmaterial med lågt ångtryck, vilket utökade den nuvarande övre gränsen på 2000°C för kolfibermaterial och bibehöll en viss temperatur vid 3500°C. Mekanisk styrka, den förväntas användas i sondens solskydd i framtiden.
Posttid: 18 juli 2022