Pryskyřičné matricové kompozity vyztužené uhlíkovými vlákny vykazují lepší specifickou pevnost a tuhost než kovy, ale jsou náchylné k únavovému selhání. Tržní hodnota kompozitů s matricí z pryskyřice vyztužených uhlíkovými vlákny by v roce 2024 mohla dosáhnout 31 miliard dolarů, ale náklady na strukturální systém monitorování zdravotního stavu k detekci únavového poškození by mohly být až 5,5 miliardy dolarů.
Aby se tento problém vyřešil, výzkumníci zkoumají nanoaditiva a samoopravné polymery, aby zabránily šíření trhlin v materiálech. V prosinci 2021 vědci z Rensselaer Polytechnic Institute ve Washingtonu a Pekingské univerzity chemické technologie navrhli kompozitní materiál s polymerní matricí podobnou sklu, která dokáže zvrátit únavové poškození. Matrice kompozitu se skládá z konvenčních epoxidových pryskyřic a speciálních epoxidových pryskyřic nazývaných vitrimery. Ve srovnání s běžnou epoxidovou pryskyřicí je klíčovým rozdílem mezi vitrifikačním činidlem to, že při zahřátí nad kritickou teplotu dochází k reverzibilní síťovací reakci a má schopnost se sama opravit.
Dokonce i po 100 000 cyklech poškození lze únavu v kompozitech zvrátit periodickým zahříváním na dobu těsně nad 80 °C. Navíc využití vlastností uhlíkových materiálů k zahřívání při vystavení vysokofrekvenčním elektromagnetickým polím může nahradit použití konvenčních ohřívačů pro selektivní opravy součástí. Tento přístup řeší „nevratnou“ povahu únavového poškození a může zvrátit nebo oddálit poškození způsobené únavou kompozitu téměř na neurčito, prodloužit životnost konstrukčních materiálů a snížit náklady na údržbu a provoz.
UHLÍKOVÉ VLÁKNO/KARBID KŘEMÍKU ODOLNÁ 3500 °C ULTRA VYSOKÉ TEPLOTĚ
Koncepční studie NASA „Interstellar Probe“, vedená laboratoří aplikované fyziky Univerzity Johnse Hopkinse, bude první misí k průzkumu vesmíru mimo naši sluneční soustavu, která vyžaduje cestování vyšší rychlostí než jakákoli jiná kosmická loď. Daleko. Aby bylo možné dosáhnout velmi dlouhých vzdáleností při velmi vysokých rychlostech, mezihvězdné sondy možná budou muset provést „Obersův manévr“, který by sondu přiblížil ke Slunci a využil sluneční gravitace k katapultování sondy do hlubokého vesmíru.
K dosažení tohoto cíle je třeba vyvinout lehký materiál pro ultravysokou teplotu pro sluneční štít detektoru. V červenci 2021 americký vývojář vysokoteplotních materiálů Advanced Ceramic Fiber Co., Ltd. a Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory spolupracovali na vývoji lehkého, ultravysokoteplotního keramického vlákna, které odolá vysokým teplotám až 3500 °C. Výzkumníci přeměnili vnější vrstvu každého vlákna z uhlíkových vláken na karbid kovu, jako je karbid křemíku (SiC/C) prostřednictvím procesu přímé konverze.
Výzkumníci testovali vzorky pomocí plamenového testování a vakuového ohřevu a tyto materiály ukázaly potenciál lehkých materiálů s nízkým tlakem par, prodlužující současnou horní hranici 2000 °C pro materiály z uhlíkových vláken a udržování určité teploty na 3500 °C. Mechanická pevnost, očekává se, že bude v budoucnu použita ve slunečním štítu sondy.
Čas odeslání: 18. července 2022