Karbonfiberforsterkede harpiksmatrisekompositter viser bedre spesifikk styrke og stivhet enn metaller, men er utsatt for tretthetssvikt. Markedsverdien av karbonfiberforsterkede harpiksmatrisekompositter kan nå 31 milliarder dollar i 2024, men kostnadene for et strukturelt helseovervåkingssystem for å oppdage tretthetsskader kan være i overkant av 5,5 milliarder dollar.
For å løse dette problemet, utforsker forskere nano-tilsetningsstoffer og selvhelbredende polymerer for å stoppe sprekker fra å forplante seg i materialer. I desember 2021 foreslo forskere ved Washington Universitys Rensselaer Polytechnic Institute og Beijing University of Chemical Technology et komposittmateriale med en glasslignende polymermatrise som kan reversere tretthetsskader. Matrisen til kompositten er sammensatt av konvensjonelle epoksyharpikser og spesielle epoksyharpikser kalt vitrimerer. Sammenlignet med vanlig epoksyharpiks, er nøkkelforskjellen mellom forglasningsmiddel at når det varmes opp over den kritiske temperaturen, oppstår en reversibel tverrbindingsreaksjon, og den har evnen til å reparere seg selv.
Selv etter 100 000 skadesykluser kan tretthet i kompositter reverseres ved periodisk oppvarming til en tid like over 80°C. I tillegg kan utnyttelse av egenskapene til karbonmaterialer for å varmes opp når de utsettes for RF-elektromagnetiske felt erstatte bruken av konvensjonelle varmeovner for selektiv reparasjon av komponenter. Denne tilnærmingen adresserer den "irreversible" karakteren av tretthetsskader og kan reversere eller forsinke kompositt-tretthetsinduserte skader nesten på ubestemt tid, forlenge levetiden til konstruksjonsmaterialer og redusere vedlikeholds- og driftskostnader.
KARBON / SILICON CARBID FIBER TÅLER 3500 ° C ULTRA-HØY TEMPERATUR
NASAs "Interstellar Probe"-konseptstudie, ledet av Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, vil være det første oppdraget for å utforske rommet utenfor vårt solsystem, og krever reise med høyere hastigheter enn noe annet romfartøy. Langt. For å kunne nå veldig lange avstander med svært høye hastigheter, kan interstellare sonder må utføre en "Obers-manøver", som vil svinge sonden nær solen og bruke solens tyngdekraft til å slynge sonden ut i det dype rommet.
For å oppnå dette målet må det utvikles et lett, ultrahøy temperaturmateriale for detektorens solskjerm. I juli 2021 samarbeidet den amerikanske utvikleren av høytemperaturmaterialer Advanced Ceramic Fiber Co., Ltd. og Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory for å utvikle en lett, ultrahøy temperatur keramisk fiber som tåler høye temperaturer på 3500°C. Forskerne konverterte det ytre laget av hvert karbonfiberfilament til et metallkarbid som silisiumkarbid (SiC/C) gjennom en direkte konverteringsprosess.
Forskerne testet prøvene ved å bruke flammetesting og vakuumoppvarming, og disse materialene viste potensialet til lette materialer med lavt damptrykk, utvidet den nåværende øvre grensen på 2000 °C for karbonfibermaterialer og opprettholdt en viss temperatur på 3500 °C. Mekanisk styrke, det forventes å bli brukt i solskjermen til sonden i fremtiden.
Innleggstid: 18. juli 2022