Els compostos de matriu de resina reforçada amb fibra de carboni presenten una millor resistència i rigidesa específiques que els metalls, però són propensos a fallar per fatiga. El valor de mercat dels compostos de matriu de resina reforçada amb fibra de carboni podria arribar als 31.000 milions de dòlars el 2024, però el cost d'un sistema de control de la salut estructural per detectar danys per fatiga podria ser de més de 5.500 milions de dòlars.
Per abordar aquest problema, els investigadors estan explorant nanoadditius i polímers d'autocuració per evitar que les esquerdes es propaguin als materials. El desembre de 2021, investigadors de l'Institut Politècnic Rensselaer de la Universitat de Washington i la Universitat de Tecnologia Química de Pequín van proposar un material compost amb una matriu de polímer semblant al vidre que pot revertir el dany per fatiga. La matriu del compost està composta per resines epoxi convencionals i resines epoxi especials anomenades vitrimers. En comparació amb la resina epoxi ordinària, la diferència clau entre l'agent vitrificant és que quan s'escalfa per sobre de la temperatura crítica, es produeix una reacció de reticulació reversible i té la capacitat de reparar-se.
Fins i tot després de 100.000 cicles de dany, la fatiga dels compostos es pot revertir mitjançant un escalfament periòdic a un temps just per sobre dels 80 °C. A més, l'explotació de les propietats dels materials de carboni per escalfar-se quan s'exposen a camps electromagnètics de RF pot substituir l'ús d'escalfadors convencionals per reparar components selectivament. Aquest enfocament aborda la naturalesa "irreversible" dels danys per fatiga i pot revertir o retardar els danys induïts per la fatiga del compost gairebé indefinidament, allargant la vida útil dels materials estructurals i reduint els costos de manteniment i operació.
LA FIBRA DE CARBÒNI / CARBUR DE SILICI POT RESISTIR A TEMPERATURES ULTRAALTES DE 3500 °C
L'estudi conceptual "Interstellar Probe" de la NASA, dirigit pel Laboratori de Física Aplicada de la Universitat Johns Hopkins, serà la primera missió per explorar l'espai més enllà del nostre sistema solar, i requereix viatjar a velocitats més ràpides que qualsevol altra nau espacial. Lluny. Per poder assolir distàncies molt llargues a velocitats molt altes, les sondes interestel·lars poden necessitar realitzar una "maniobra d'Obers", que faria girar la sonda a prop del sol i utilitzaria la gravetat del sol per catapultar la sonda a l'espai profund.
Per aconseguir aquest objectiu, s'ha de desenvolupar un material lleuger i d'alta temperatura per a l'escut solar del detector. El juliol de 2021, el desenvolupador nord-americà de materials d'alta temperatura Advanced Ceramic Fiber Co., Ltd. i el Laboratori de Física Aplicada de la Universitat Johns Hopkins van col·laborar per desenvolupar una fibra ceràmica lleugera i d'alta temperatura que pugui suportar altes temperatures de 3500 °C. Els investigadors van convertir la capa exterior de cada filament de fibra de carboni en un carbur metàl·lic com el carbur de silici (SiC/C) mitjançant un procés de conversió directa.
Els investigadors van provar les mostres mitjançant proves de flama i calefacció al buit, i aquests materials van mostrar el potencial de materials lleugers i de baixa pressió de vapor, ampliant el límit superior actual de 2000 ° C per a materials de fibra de carboni i mantenint una certa temperatura a 3500 ° C. Resistència mecànica, s'espera que s'utilitzi a l'escut solar de la sonda en el futur.
Hora de publicació: 18-jul-2022