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新材料让火箭引擎更耐高温

来源:环球科学

目前火箭引擎内部温度高达1600这样的高温足以融化钢铁。而未来的引擎甚至需要达到更高的温度因为更高温的引擎意味着更高效,产生更强推力,运载更货物——对火星探索飞船和更好的飞机来说,这些性能也至关重要。

为了让火箭耐受更高的温度,工程师发明了坚固且轻巧的碳化硅纤维复合材料,将比头发丝碳化硅纤维镶嵌在陶瓷介质中。碳化硅能经受2000的高温,这是新引擎的理想温度。目前这种复合材料的制将碳化硅纤维编织物分层,空隙中填充多孔的陶瓷。不过这种令人惊叹的复合材料在引擎的高压下会开裂,因为纤维之间会滑动,并把陶瓷挤出去。

美国莱斯大学Rice University美国航空航天局格伦研究中心(NASA Glenn Research Center的科学家对此进行了改进他们制造了毛茸茸”的碳化硅纤维,表面就像尼龙扣的微观版本。近期的《应用材料与界面》Applied Materials & interfaces上报道了这种纤维它们的绒毛互相缠结,将彼此牢牢锁住,如此一来纤维就很难滑动,不会陶瓷材料挤出。

为了制造这种材料,研究者首先在碳化硅表面培养出卷曲的碳纳米管,就像卷发一样。然后他们使这些纤维蘸上超细硅粉,并进行加热。这使碳纳米管转化成了碳化硅纤维。研究团队将这些绒毛纤维填入透明的、富有弹性的塑料中,测试它们的强度。结果显示绒毛纤维的强度是光滑纤维的4倍。NASA工程师、研究的合作者珍妮特·郝斯特(Janet Hurst研究团队目前想测试新的卷曲纤维在陶瓷介质中的表现。他们还想用卷曲的氮化硼纳米覆盖纤维的表面,因为氮化硼除了强韧还能抵抗氧气对纤维的损害。

碳化硅纤维非常强韧,不容易横向折断,但在高压下可能纵向裂开。康涅狄格大学University of Connecticut材料科学研究所的主任史蒂文·苏波(Steven Suib,未参与这项研究认为新的纤维能够耐受这种损伤,因为那些软软的绒毛能够分散压力。

撰文 普拉杰·帕特尔(Prachi Patel 翻译 颜磊

本文来自:环球科学
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