“模糊”纤维可以使火箭发热

休斯顿 – (2017年3月30日) – 为了迎接下一代火箭发动机的热压,用于制造它们的复合纤维应该是模糊的。“模糊”纤维可以使火箭发热-CompositesPlus

莱斯大学材料科学家Pulickel Ajayan实验室与美国航空航天局合作,开发出了像“魔术贴”一样的碳化硅“模糊纤维”,并且能够承受材料在航空应用领域的经验。

纤维增强了高级火箭发动机中使用的复合材料,这些发动机必须承受高达1600摄氏度(2,912华氏度)的温度。目前正在开发的火箭中的陶瓷复合材料使用碳化硅纤维来加强材料,但是当暴露于氧气时它们会破裂或变脆。

Rice实验室将碳化硅纳米管和纳米线纳入NASA纤维表面。纤维的暴露部分是卷曲的,并且像钩和环一样起作用,使得魔术贴如此有价值 – 但在纳米尺度上。

根据主要研究人员Amelia Hart,Rice研究生Chandra Sekhar Tiwary和Rice博士后研究员的结果,其结果产生了非常强大的互锁关系,纤维缠结在一起。这不仅使得复合材料不容易开裂,而且还将其密封以防止氧气改变纤维的化学组成。

这项工作在美国化学学会杂志“应用材料与接口”中有详细介绍。

研究碳纳米管在陶瓷毛线上发展的哈特(Michael Hart)在迈克尔·梅多德(Michael Meador)会见了迈克尔·迈阿密(Michael Meador),后者是美国宇航局Glenn研究中心的一名科学家,他是莱斯的材料科学和纳米工程部的开幕式。(Meador现在是美国宇航局游戏变革技术项目的纳米技术项目经理。)

这导致了克利夫兰的一个团契,并有机会将其想法与NASA研究工程师和论文合着者珍妮特·赫斯特(Janet Hurst)的想法相结合。“她将碳化硅从碳纳米管部分转化,”哈特说。“我们用她的配方和我的能力来生长纳米管,并找出如何制作新的复合材料。”

回到莱斯,哈特和她的同事通过首先在铁催化剂中浸泡碳化硅纤维,然后使用水辅助化学气相沉积(一部分在Rice开发的工艺)将碳纳米管的地毯直接嵌入到表面。这些成为最终产品的模板。然后将纤维在高温下在硅纳米粉末中加热,将碳纳米管转化为碳化硅“绒毛”。

研究人员希望他们的模糊纤维将升级强光,耐光和耐热的碳化硅纤维,当放入陶瓷复合材料时,它们将被测试为火箭发动机中的坚固喷嘴和其他部件。“他们已经使用的碳化硅纤维稳定在1,600 C,”Tiwary说。“所以我们相信,安装碳化硅纳米管和电线来增加强度将使它更加尖端。”

哈特说,新材料也应使整个涡轮发动机显着减轻。“在他们使用碳化硅复合材料之前,许多发动机零件都是由镍超合金制成的,这些镍合金必须结合一个冷却系统,这对整个事物增加了重要性。”她说。“通过切换到陶瓷基体复合材料,它们可以取出冷却系统并进入更高的温度。我们的材料将允许创造更大,更持久的涡轮喷气发动机,其温度比以往任何时候都要高。

研究人员报告说,摩擦和压缩试验显示将碳化硅纳米管和导线相互移动所需的横向力大大超过滑过平坦纳米管或未增强纤维所需的横向力。他们也能够轻易地从应用纳米压头的高压缩反弹,这表明它们能够抵抗分解更长的时间。

测试纤维处理热量的好处表明纯碳纳米管燃烧远离纤维,但碳化硅纳米管容易抵抗高达1000℃的温度。

哈特表示,下一步将将其转换技术应用于其他碳纳米材料,以便为其他应用创建独特的三维材料。

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