Автор статьи — Кристофер Макфадден, опубликовано на сайте Interesting Engineering .
Исследователи из Лаборатории прикладной физики им. Джона Хопкинса нашли способ значительно ускорить процесс создания углерод-углеродных композитов. Как поясняет исследовательская группа, новый подход может заменить нынешний медленный и трудоемкий процесс, что в конечном итоге значительно снизит стоимость производства.
«Именно эта скорость делает FAST CAR 2 таким захватывающим», — сказал Сал Нимер, помощник руководителя программы «Наука об экстремальных и многофункциональных материалах» в APL. «Она потенциально может обеспечить более быстрое и эффективное производство передовых материалов для высокоэффективных применений, будь то сопла ракет или гиперзвуковые летательные аппараты», — добавил он.
Если вы не в курсе, углерод-углерод — это, по сути, углеродное волокно, внедренное в твердую углеродную матрицу. Представьте себе армированный углеродным волокном пластик, только вместо волокон, окруженных эпоксидной смолой, они окружены еще большим количеством углерода.
Это позволяет получить материал, который одновременно очень легкий, механически прочный и удивительно устойчивый к высоким температурам. Именно поэтому его можно увидеть в таких вещах, как сопла ракет, системы входа в атмосферу, носовые обтекатели ракет, тормоза самолетов и тепловая защита гиперзвуковых двигателей.
Упрощение производства углеродно-углеродных композитов
«Углерод-углерод — один из важнейших материалов, доступных для систем тепловой защиты, которые помогают высокоскоростным летательным аппаратам выдерживать экстремальные температуры», — сказал Уильям Фейхи, инженер-материаловед из APL, один из руководителей проекта FAST CAR2 .
«Это было крайне важно для теплозащитного экрана космического аппарата НАСА «Паркер Солнечная Зонд» — аппарата, летящего ближе к Солнцу, чем любой созданный человеком объект. Это незаменимо», — добавил он. Однако в настоящее время его изготовление — мучительно медленный процесс.
Традиционно начинают с пористой структуры из углеродного волокна. Затем необходимо заполнить все мельчайшие зазоры между волокнами дополнительным углеродом.
Существует два основных способа сделать это: многократно пропускать через материал газ, богатый углеродом, и осаждать в нем углерод, или пропитывать его смолой и нагревать смолу до тех пор, пока почти все, кроме углерода, не сгорит/пиролизуется.
Проблема в том, что одного прохода недостаточно для заполнения всего объема. FAST CAR2, напротив, значительно упрощает и ускоряет этот процесс. Фактически, материалы, на производство которых уходят месяцы, можно создать всего за несколько дней.
Вместо того чтобы медленно наращивать или осаждать углеродную матрицу внутри структуры волокна, они помещают углеродсодержащий материал непосредственно в заготовку волокна, а затем сжимают и нагревают все это чрезвычайно быстро, используя метод, называемый спеканием с помощью электрического поля.
Взгляд в будущее
Электрический ток вызывает очень быстрый нагрев, в то время как пресс одновременно сжимает все компоненты. Фактическое уплотнение, по-видимому, происходит за считанные минуты, хотя подготовка изделия и завершение всего производственного процесса все равно занимает несколько дней.
«Мы стремимся к чему-то революционному — изменить сам механизм, чтобы достичь цели на порядки быстрее», — сказал Чапкин. «Когда мы начинали, теория была, но мы даже не знали, выдержит ли материал», — сказал Чапкин. «На каждом этапе нас ждали сюрпризы», — добавил он.
В перспективе команда работает с внешними партнерами над получением доступа к более крупным прессам, что позволит масштабировать процесс для производства еще больших образцов и откроет двери для более широкого спектра применений.
«Масштабирование всегда является самой сложной задачей, — признал Фейхи, — но, видя, как быстро все это сложилось и насколько успешным уже оказалось, мы с оптимизмом смотрим в будущее», — добавил он.
Комментариев нет:
Отправить комментарий