Τα σύνθετα υλικά μήτρας ρητίνης ενισχυμένα με ίνες άνθρακα παρουσιάζουν καλύτερη ειδική αντοχή και ακαμψία από τα μέταλλα, αλλά είναι επιρρεπή σε αστοχία κόπωσης.Η αγοραία αξία των σύνθετων υλικών μήτρας ρητίνης ενισχυμένων με ανθρακονήματα θα μπορούσε να φτάσει τα 31 δισεκατομμύρια δολάρια το 2024, αλλά το κόστος ενός δομικού συστήματος παρακολούθησης της υγείας για τον εντοπισμό ζημιών από κόπωση θα μπορούσε να είναι πάνω από 5,5 δισεκατομμύρια δολάρια.
Για να αντιμετωπίσουν αυτό το πρόβλημα, οι ερευνητές εξερευνούν νανο-πρόσθετα και αυτοθεραπευόμενα πολυμερή για να σταματήσουν τη διάδοση ρωγμών στα υλικά.Τον Δεκέμβριο του 2021, ερευνητές στο Πολυτεχνικό Ινστιτούτο Rensselaer του Πανεπιστημίου της Ουάσιγκτον και στο Πανεπιστήμιο Χημικής Τεχνολογίας του Πεκίνου πρότειναν ένα σύνθετο υλικό με πολυμερή μήτρα που μοιάζει με γυαλί που μπορεί να αντιστρέψει τη ζημιά από κόπωση.Η μήτρα του σύνθετου υλικού αποτελείται από συμβατικές εποξειδικές ρητίνες και ειδικές εποξειδικές ρητίνες που ονομάζονται βιτριμερή.Σε σύγκριση με τη συνηθισμένη εποξειδική ρητίνη, η βασική διαφορά μεταξύ του υαλοποιητικού παράγοντα είναι ότι όταν θερμαίνεται πάνω από την κρίσιμη θερμοκρασία, εμφανίζεται μια αναστρέψιμη αντίδραση διασύνδεσης και έχει την ικανότητα να επισκευάζεται μόνος του.
Ακόμη και μετά από 100.000 κύκλους ζημιάς, η κόπωση στα σύνθετα υλικά μπορεί να αντιστραφεί με περιοδική θέρμανση σε χρόνο λίγο πάνω από τους 80°C.Επιπλέον, η εκμετάλλευση των ιδιοτήτων των υλικών άνθρακα να θερμαίνονται όταν εκτίθενται σε ηλεκτρομαγνητικά πεδία ραδιοσυχνοτήτων μπορεί να αντικαταστήσει τη χρήση συμβατικών θερμαντήρων για επιλεκτική επισκευή εξαρτημάτων.Αυτή η προσέγγιση αντιμετωπίζει την «μη αναστρέψιμη» φύση της ζημιάς από κόπωση και μπορεί να αναστρέψει ή να καθυστερήσει σχεδόν επ' αόριστον τη σύνθετη ζημιά που προκαλείται από κόπωση, παρατείνοντας τη διάρκεια ζωής των δομικών υλικών και μειώνοντας το κόστος συντήρησης και λειτουργίας.
ΙΝΕΣ ΑΝΘΡΑΚΑ/ΚΑΡΒΙΔΙΟΥ ΠΥΡΙΤΙΟΥ ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΑΝΤΕΚΕΙ 3500 ° C ΣΕ ΥΠΕΡΥΨΗΛΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ
Η εννοιολογική μελέτη «Interstellar Probe» της NASA, με επικεφαλής το Εργαστήριο Εφαρμοσμένης Φυσικής του Πανεπιστημίου Johns Hopkins, θα είναι η πρώτη αποστολή για την εξερεύνηση του διαστήματος πέρα από το ηλιακό μας σύστημα, απαιτώντας ταξίδια με μεγαλύτερες ταχύτητες από οποιοδήποτε άλλο διαστημόπλοιο.Μακριά.Για να μπορέσουν να φτάσουν σε πολύ μεγάλες αποστάσεις με πολύ υψηλές ταχύτητες, οι διαστρικοί ανιχνευτές μπορεί να χρειαστεί να εκτελέσουν έναν «ελιγμό Obers», ο οποίος θα ταλαντεύει τον ανιχνευτή κοντά στον ήλιο και θα χρησιμοποιεί τη βαρύτητα του ήλιου για να εκτοξεύσει τον καθετήρα στο βαθύ διάστημα.
Για να επιτευχθεί αυτός ο στόχος, πρέπει να αναπτυχθεί ένα ελαφρύ, εξαιρετικά υψηλής θερμοκρασίας υλικό για την ηλιακή ασπίδα του ανιχνευτή.Τον Ιούλιο του 2021, ο Αμερικανός κατασκευαστής υλικών υψηλής θερμοκρασίας Advanced Ceramic Fiber Co., Ltd. και το Εργαστήριο Εφαρμοσμένης Φυσικής του Πανεπιστημίου Johns Hopkins συνεργάστηκαν για να αναπτύξουν μια ελαφριά κεραμική ίνα εξαιρετικά υψηλής θερμοκρασίας που μπορεί να αντέξει υψηλές θερμοκρασίες 3500°C.Οι ερευνητές μετέτρεψαν το εξωτερικό στρώμα κάθε νήματος ινών άνθρακα σε καρβίδιο μετάλλου όπως καρβίδιο του πυριτίου (SiC/C) μέσω μιας διαδικασίας άμεσης μετατροπής.
Οι ερευνητές δοκίμασαν τα δείγματα χρησιμοποιώντας δοκιμή φλόγας και θέρμανση κενού, και αυτά τα υλικά έδειξαν τη δυνατότητα ελαφρών υλικών χαμηλής πίεσης ατμών, επεκτείνοντας το τρέχον ανώτατο όριο των 2000°C για υλικά από ανθρακονήματα και διατηρώντας μια συγκεκριμένη θερμοκρασία στους 3500°C.Μηχανική αντοχή, αναμένεται να χρησιμοποιηθεί στην ηλιακή ασπίδα του καθετήρα στο μέλλον.
Ώρα δημοσίευσης: Ιουλ-18-2022