Met koolstofvezel versterkte harsmatrixcomposieten vertonen een betere specifieke sterkte en stijfheid dan metalen, maar zijn gevoelig voor vermoeidheidsbreuken. De marktwaarde van met koolstofvezels versterkte harsmatrixcomposieten zou in 2024 31 miljard dollar kunnen bereiken, maar de kosten van een structureel gezondheidsmonitoringsysteem om vermoeidheidsschade op te sporen zouden meer dan 5,5 miljard dollar kunnen bedragen.
Om dit probleem aan te pakken, onderzoeken onderzoekers nano-additieven en zelfherstellende polymeren om te voorkomen dat scheuren zich in materialen verspreiden. In december 2021 stelden onderzoekers van het Rensselaer Polytechnic Institute van de Universiteit van Washington en de Beijing University of Chemical Technology een composietmateriaal voor met een glasachtige polymeermatrix die vermoeidheidsschade kan omkeren. De matrix van het composiet is samengesteld uit conventionele epoxyharsen en speciale epoxyharsen, vitrimeren genaamd. Vergeleken met gewone epoxyhars is het belangrijkste verschil tussen verglazingsmiddelen dat bij verhitting boven de kritische temperatuur een omkeerbare verknopingsreactie optreedt en het vermogen heeft zichzelf te herstellen.
Zelfs na 100.000 schadecycli kan vermoeidheid in composieten worden teruggedraaid door periodieke verwarming tot net boven de 80°C. Bovendien kan het benutten van de eigenschappen van koolstofmaterialen om op te warmen bij blootstelling aan RF-elektromagnetische velden het gebruik van conventionele verwarmingstoestellen voor het selectief repareren van componenten vervangen. Deze aanpak richt zich op de "onomkeerbare" aard van vermoeiingsschade en kan door vermoeidheid veroorzaakte schade aan composieten vrijwel voor onbepaalde tijd ongedaan maken of vertragen, waardoor de levensduur van structurele materialen wordt verlengd en de onderhouds- en bedrijfskosten worden verlaagd.
KOOLSTOF / SILICON CARBIDE VEZEL KAN BESTAAN 3500 ° C ULTRA-HOGE TEMPERATUUR
NASA's conceptstudie "Interstellar Probe", geleid door het Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, zal de eerste missie zijn om de ruimte buiten ons zonnestelsel te verkennen, waarbij reizen met hogere snelheden nodig is dan enig ander ruimtevaartuig. Ver. Om zeer lange afstanden met zeer hoge snelheden te kunnen bereiken, moeten interstellaire sondes mogelijk een 'Obers-manoeuvre' uitvoeren, waarbij de sonde dicht bij de zon wordt gezwaaid en de zwaartekracht van de zon wordt gebruikt om de sonde de diepe ruimte in te katapulteren.
Om dit doel te bereiken moet een lichtgewicht materiaal met ultrahoge temperaturen worden ontwikkeld voor het zonnescherm van de detector. In juli 2021 werkten de Amerikaanse ontwikkelaar van hogetemperatuurmaterialen Advanced Ceramic Fiber Co., Ltd. en het Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory samen om een lichtgewicht keramische vezel met ultrahoge temperaturen te ontwikkelen die bestand is tegen hoge temperaturen van 3500 ° C. De onderzoekers hebben de buitenste laag van elk koolstofvezelfilament via een direct conversieproces omgezet in een metaalcarbide zoals siliciumcarbide (SiC/C).
De onderzoekers testten de monsters met behulp van vlamtesten en vacuümverwarming, en deze materialen toonden het potentieel aan van lichtgewicht materialen met een lage dampdruk, waarbij de huidige bovengrens van 2000 °C voor koolstofvezelmaterialen werd verlengd en een bepaalde temperatuur op 3500 °C werd gehandhaafd. Mechanische sterkte, deze zal naar verwachting in de toekomst worden gebruikt in het zonnescherm van de sonde.
Posttijd: 18 juli 2022