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碳化矽纖維複合材料

文章出處:網責任編輯:作者:熊繼森人氣:-發表時間:2017-11-18 17:05:00【

目前的火箭引擎內部溫度可高達1600℃,這樣的高溫足以融化鋼鐵。而未來的引擎甚至需要達到更高的溫度,因為更高溫的引擎意味著更高效,能產生更強推力,運載更多貨物——對火星探索飛船和更好的飛機來說,這些性能也至關重要。
為了讓火箭耐受更高的溫度,工程師發明了堅固且輕巧的碳化矽纖維複合材料,將比頭發絲還細的碳化矽纖維鑲嵌在陶瓷介質中。碳化矽能經受住2000℃的高溫,這是新引擎的理想溫度。目前這種複合材料的製法是,將碳化矽纖維編織物分層,在空隙中填充多孔的陶瓷。不過這種令人驚歎的複合材料在引擎的高壓下會開裂,因為纖維之間會滑動,並把陶瓷擠出去。
美國萊斯大學(RiceUniversity)和美國航空航天局格倫研究中心(NASAGlennResearchCenter)的科學家對此進行了改進。他們製造了“毛茸茸”的碳化矽纖維,其表麵就像尼龍搭扣的微觀版本。近期的《應用材料與界麵》(AppliedMaterials&interfaces)上報道了這種纖維,它們的絨毛互相纏結,將彼此牢牢鎖住,如此一來纖維就很難滑動,不會陶瓷材料擠出。


為了製造這種材料,研究者首先在碳化矽表麵培養出卷曲的碳納米管,就像卷發一樣。然後他們使這些纖維蘸上超細矽粉,並進行加熱。這使碳納米管轉化成了碳化矽纖維。研究團隊將這些絨毛纖維填入透明的、富有彈性的塑料中,以測試它們的強度。結果顯示絨毛纖維的強度是光滑纖維的4倍。NASA工程師、研究的合作者珍妮特·郝斯特(JanetHurst)稱,研究團隊目前想測試新的卷曲纖維在陶瓷介質中的表現。他們還想用卷曲的氮化硼納米管覆蓋纖維的表麵,因為氮化硼除了強韌,還能抵抗氧氣對纖維的損害。
碳化矽纖維非常強韌,不容易橫向折斷,但在高壓下可能會縱向裂開。康涅狄格大學(UniversityofConnecticut)材料科學研究所的主任史蒂文·蘇波(StevenSuib,未參與這項研究)認為,新的纖維能夠耐受這種損傷,因為那些軟軟的絨毛能夠分散壓力。

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