Os compostos de matriz de resina reforzada con fibra de carbono presentan unha mellor resistencia e rixidez específicas que os metais, pero son propensos a fallas por fatiga. O valor de mercado dos compostos de matriz de resina reforzada con fibra de carbono podería alcanzar os 31.000 millóns de dólares en 2024, pero o custo dun sistema de vixilancia da saúde estrutural para detectar danos por fatiga podería superar os 5.500 millóns de dólares.
Para abordar este problema, os investigadores están a explorar nanoaditivos e polímeros de autocuración para evitar que as fisuras se propaguen nos materiais. En decembro de 2021, investigadores do Instituto Politécnico Rensselaer da Universidade de Washington e da Universidade de Tecnoloxía Química de Pequín propuxeron un material composto cunha matriz de polímero semellante ao vidro que pode revertir o dano por fatiga. A matriz do composto está composta por resinas epoxi convencionais e resinas epoxi especiais chamadas vitrimeros. En comparación coa resina epoxi ordinaria, a diferenza fundamental entre o axente vitrificante é que cando se quenta por encima da temperatura crítica, prodúcese unha reacción de entrecruzamento reversible e ten a capacidade de repararse.
Mesmo despois de 100.000 ciclos de danos, a fatiga dos compostos pódese revertir mediante o quecemento periódico ata un tempo algo superior aos 80 °C. Ademais, o aproveitamento das propiedades dos materiais de carbono para quentar cando se expón a campos electromagnéticos de RF pode substituír o uso de quentadores convencionais para reparar selectivamente compoñentes. Este enfoque aborda a natureza "irreversible" dos danos por fatiga e pode revertir ou atrasar os danos inducidos pola fatiga dos compostos case indefinidamente, prolongando a vida útil dos materiais estruturais e reducindo os custos de mantemento e operación.
A FIBRA DE CARBONO / CARBURO DE SILICIO PODE RESISTIR A TEMPERATURAS ULTRAALTAS DE 3500 °C
O estudo conceptual "Interstellar Probe" da NASA, dirixido polo Laboratorio de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins, será a primeira misión para explorar o espazo máis aló do noso sistema solar, requirindo viaxar a velocidades máis rápidas que calquera outra nave espacial. Lonxe. Para poder alcanzar distancias moi longas a velocidades moi altas, as sondas interestelares poden necesitar realizar unha "manobra de Obers", que faría pivotar a sonda preto do sol e usar a gravidade do sol para catapultar a sonda ao espazo profundo.
Para acadar este obxectivo, é necesario desenvolver un material lixeiro e de temperatura ultra alta para a pantalla solar do detector. En xullo de 2021, o desenvolvedor estadounidense de materiais para altas temperaturas Advanced Ceramic Fiber Co., Ltd. e o Laboratorio de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins colaboraron para desenvolver unha fibra cerámica lixeira e de ultra alta temperatura que poida soportar altas temperaturas de 3500 °C. Os investigadores converteron a capa exterior de cada filamento de fibra de carbono nun carburo metálico como o carburo de silicio (SiC/C) mediante un proceso de conversión directa.
Os investigadores probaron as mostras mediante probas de chama e quecemento ao baleiro, e estes materiais mostraron o potencial de materiais lixeiros e de baixa presión de vapor, ampliando o límite superior actual de 2000 °C para materiais de fibra de carbono e mantendo unha certa temperatura a 3500 °C. Resistencia mecánica, espérase que se use no escudo solar da sonda no futuro.
Hora de publicación: 18-Xul-2022