Гибридные наноматериалы обещают улучшить керамические композиты

Исследователи военно-воздушной базы Райт-Паттерсон стремятся запатентовать новый процесс производства материала, который называется "наночастицы волосатых полимеров" (HNP).

HNP - это гибридный материал, состоящий из полимерной оболочки, прикрепленной к твердому ядру наночастицы. Полимер - цепь повторяющихся молекул - формирует "волосы" вокруг наночастицы, размер которой примерно равен размеру маленького вируса.

Высокоэффективные керамические композиты

Несмотря на то, что HNP существуют уже много лет, отличительной чертой этого типа является тип полимера, прикрепленного к ядру частицы. Это предкерамический полимер, особый класс полимеров, используемых для формирования высокоэффективных керамических волокон и композитов.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

"Специальный полимер, используемый в нашем процессе, - это то, что отличает нашу работу", - сказал руководитель проекта доктор Мэтью Дикерсон (Matthew Dickerson). "В прошлом исследователи делали такие волосатые наночастицы, но они использовали органические полимеры, такие как полистирол. Наш полимер отличается; он неорганический, потому что содержит кремний. 

Эта химия кремния и углерода позволяет полимеру при нагревании до высоких температур превращаться в керамику из карбида кремния.

HNP, полученные в результате этого специального процесса, будут использоваться при изготовлении деталей самолетов из керамических композитных материалов. "Керамические композиты используются для высокотемпературных применений в ВВС США, которые выигрывают от использования материалов с более низкой плотностью, чем металлы, включая компоненты реактивных двигателей и гиперзвуковых автомобилей", - сказал Дикерсон. " HNP, которые мы синтезировали, предназначены для подобных применений."

Этот специальный гибридный материал, однако, изготавливается не путем простого смешивания полимера и наночастиц вместе и в надежде на лучшее. "Простая смесь приведет к чему-то вроде шпаклевки или хрупкой смеси, - сказал Диккерсон, - но гибридный материал, который мы в итоге получаем, течет больше похожим на патоку, так что он легче перетекает в пористую керамику".

Во время производства композита для керамической матрицы материалы, используемые для связывания керамических волокон, значительно сжимаются. В результате такой усадки образуются трещины и пустоты, которые необходимо пополнить или проникать внутрь. Одним из важнейших требований к гибридному материалу, изготовленному из HNP, является то, что он должен легко протекать, чтобы проникать в эти пустоты.

При современных современных процессах керамика должна проходить несколько циклов (от шести до десяти) инфильтрации для достижения желаемой плотности. Новый процесс, описанный в патентной заявке, а также в статье, недавно опубликованной в журнале Chemistry of Materials, приводит к получению материала, который потенциально может сократить количество инфильтрационных циклов примерно наполовину, в результате чего получается более рентабельный, более быстрый в производстве компонент.

Даже при превосходных высокотемпературных свойствах керамических композитов по сравнению с обычными металлическими компонентами, снижение их стоимости является ключом к их широкому использованию в требовательных приложениях ВВС.

Проект финансировался Управлением научных исследований ВВС. "Эти исследования являются важным технологическим прогрессом в синтезе керамических нанокомпозитов, сказал доктор Минг-Джен Пан (Ming-Jen Pan), программный специалист AFOSR. "Оно обеспечивает беспрецедентный контроль над наноструктурой гибридных материалов". Я в восторге от возможностей, которые это открытие открывает для проектирования и обработки будущих композитных материалов".

Было получено дополнительное финансирование для изучения того, как химия материалов диктует их свойства.

"Это был сложный проект. Потребовалось почти три года, чтобы сделать его правильно", - сказал Дикерсон. "Это была настоящая победа для Кары", - добавил он, говоря об ученом-исследователе докторе Каре Л. Мартине. "Разработка процедуры химического синтеза, которая позволит сделать эти частицы, очень сложна". Ее свежие идеи и упорство позволили ей довести проект до успешного завершения". опубликовано econet.ru по материалам uk.motor1.com

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet