Углеродное волокно способно в значительной степени облегчить аэрокосмические аппараты, но этот материал имеет способность быстро окисляться на воздухе при высоких температурах. Ученые разработали технологию, способную защитить этот востребованный материал от разрушения.
Известно, что в последние пятьдесят лет углеродное волокно считается материалом мечты, так как, несмотря на то, что его волокна очень тонкие, тоньше пряди человеческих волос, их можно скрутить вместе и нанести на материал — матрицу, чтобы сформировать легкий композит, который намного прочнее стали, в два раза жестче ее и хорошо проводит тепло. И, в отличие от металлов, такое волокно не трескается со временем.
В новом исследовании учёными разработан простой одноступенчатый процесс, начинающийся с плавления соли. После того как кристаллы вещества расплавятся, к ним добавляют порошки титана и хрома, создающие устойчивость материала к воздействию высоких температур. Затем в смесь добавляются углеродные волокна.
После остывания на волокне образуется двухслойное покрытие — из карбида хрома и карбида титана, — которое защищает от окисления. Покрытие многослойное, потому что титан и хром имеют разные характеристики и скорость реакции в расплавленной соли. Это ведёт к появлению слоев в конечном продукте.
«Мы пытаемся добавить поверхностные слои, которые могут отделять углеродные волокна от кислорода, чтобы даже при высоких температурах они не сгорели. Углеродные волокна можно использовать многими способами — вплетать в текстиль и в части зданий, самолетов, электронного оборудования, — но, если они легковоспламеняющиеся, это создает новый риск для системы и сильно ограничивает эти области применения», — рассказывает Лу, заслуженный профессор электротехники и вычислительной техники.
При испытаниях защищенные углеродные волокна выдержали температуру 1200 градусов Цельсия в кислородной среде. Материал хорошо сохранил свою структуру.
Так сообщает журнал PNAS.
Подробнее об исследовании можно прочитать в Proceedings of the National Academy of Sciences.
