Подсилените с въглеродни влакна смолни матрични композити показват по-добра специфична якост и твърдост от металите, но са склонни към разрушаване от умора. Пазарната стойност на подсилени с въглеродни влакна смолни матрични композити може да достигне 31 милиарда долара през 2024 г., но цената на система за структурно наблюдение на здравето за откриване на щети от умора може да надхвърли 5,5 милиарда долара.
За да се справят с този проблем, изследователите изследват нано-добавки и самовъзстановяващи се полимери, за да спрат пукнатините да се разпространяват в материалите. През декември 2021 г. изследователи от Политехническия институт Rensselaer на Вашингтонския университет и Пекинския университет по химични технологии предложиха композитен материал със стъклоподобна полимерна матрица, която може да обърне повредата от умора. Матрицата на композита е съставена от конвенционални епоксидни смоли и специални епоксидни смоли, наречени витримери. В сравнение с обикновената епоксидна смола, основната разлика между витрифициращия агент е, че при нагряване над критичната температура възниква обратима реакция на омрежване и той има способността да се възстановява.
Дори след 100 000 цикъла на повреда, умората в композитите може да бъде обърната чрез периодично нагряване до време малко над 80°C. В допълнение, използването на свойствата на въглеродните материали да се нагряват, когато са изложени на радиочестотни електромагнитни полета, може да замени използването на конвенционални нагреватели за селективен ремонт на компоненти. Този подход е насочен към „необратимия“ характер на повредата от умора и може да обърне или забави композитната повреда, причинена от умора, почти за неопределено време, удължавайки живота на структурните материали и намалявайки разходите за поддръжка и експлоатация.
ВЪГЛОРОДНИ / СИЛИЦИЕВО-КАРБИДНИ ВЛАКНА МОГАТ ДА ИЗДЪРЖАТ 3500 ° C УЛТРА-ВИСОКА ТЕМПЕРАТУРА
Концептуалното изследване на НАСА „Междузвездна сонда“, ръководено от лабораторията по приложна физика на университета Джон Хопкинс, ще бъде първата мисия за изследване на космоса извън нашата слънчева система, изискваща пътуване с по-високи скорости от всеки друг космически кораб. Далеч. За да могат да достигат много дълги разстояния при много високи скорости, междузвездните сонди може да се наложи да извършат "маневра на Obers", която ще завърти сондата близо до слънцето и ще използва слънчевата гравитация, за да катапултира сондата в дълбокия космос.
За да се постигне тази цел, е необходимо да се разработи лек материал с ултрависока температура за слънчевия щит на детектора. През юли 2021 г. американският разработчик на високотемпературни материали Advanced Ceramic Fiber Co., Ltd. и лабораторията по приложна физика на университета Джон Хопкинс си сътрудничиха, за да разработят леки, ултрависокотемпературни керамични влакна, които могат да издържат на високи температури от 3500°C. Изследователите преобразуваха външния слой на всяка нишка от въглеродни влакна в метален карбид като силициев карбид (SiC/C) чрез директен процес на преобразуване.
Изследователите тестваха пробите, използвайки тестване с пламък и вакуумно нагряване, и тези материали показаха потенциала на леки материали с ниско налягане на парите, разширяване на текущата горна граница от 2000°C за материали от въглеродни влакна и поддържане на определена температура при 3500°C. Механична якост, очаква се да се използва в слънчевия щит на сондата в бъдеще.
Време на публикуване: 18 юли 2022 г