Физики нашли способ защитить углеволокно от высоких температур
В последние 50 лет производители считали углеродное волокно материалом мечты: хотя его отдельные волокна тоньше пряди человеческих волос, их можно скрутить вместе и нанести на материал-матрицу, чтобы сформировать легкий композит, который прочнее стали, в два раза жестче ее и хорошо проводит тепло тепла. И, в отличие от металлов, такое волокно не трескается со временем.
Но углеродное волокно имеет серьезный недостаток — оно окисляется на воздухе при высоких температурах. Это не позволяет использовать его, например, в аэрокосмической отрасли, где вес аппаратов играет решающее значение. Авторы нового исследования разработали недорогой масштабируемый метод защиты углеродного волокна от окисления. Этот подход намного лучше других процессов защиты от окисления, которые более трудоемкие, дорогостоящие и очень времязатратные.
Ученые разработали простой одноступенчатый процесс, который начинается с плавления соли. После того, как кристаллы вещества расплавятся, исследователи добавляют порошки титана и хрома, которые отвечают за устойчивость материала к высоким температурам. Затем в смесь добавляют углеродные волокна.
После остывания на углеволокне образуется двухслойное покрытие — из карбида хрома и карбида титана, — которое служит барьером против окисления. Покрытие многослойное, потому что титан и хром имеют разное поведение и скорость реакции в расплавленной соли, что приводит к появлению слоев в конечном продукте.
Когда исследователи оценили устойчивость покрытых расплавом углеродных волокон при экстремальных температурах — около 1200 градусов по Цельсию — и высоких концентрациях кислорода, они обнаружили, что углеродный материал хорошо сохраняет свою структуру. На следующем этапе ученые хотят определить то, насколько хорошо покрытые волокна выдерживают длительное нахождение при высоких температурах по сравнению с их незащищенными аналогами.
Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Углеволокно могло бы облегчить аэрокосмические аппараты, но оно быстро окисляется на воздухе при высоких температурах. Ученые придумали, как защитить материал