炭素繊維強化樹脂マトリックス複合材料は、金属よりも優れた比強度と剛性を示しますが、疲労破壊を起こしやすいです。炭素繊維強化樹脂マトリックス複合材の市場価値は、2024 年に 310 億ドルに達する可能性がありますが、疲労損傷を検出するための構造健全性モニタリング システムのコストは 55 億ドル以上になる可能性があります。
この問題に対処するために、研究者たちは材料内での亀裂の伝播を阻止するためのナノ添加剤と自己修復ポリマーを研究しています。2021年12月、ワシントン大学レンセラー工科大学と北京化工大学の研究者は、疲労損傷を回復できるガラス状ポリマーマトリックスを備えた複合材料を提案した。複合材料のマトリックスは、従来のエポキシ樹脂とビトリマーと呼ばれる特殊なエポキシ樹脂で構成されています。通常のエポキシ樹脂と比較した場合、ガラス化剤の主な違いは、臨界温度以上に加熱すると可逆的な架橋反応が起こり、自己修復能力があることです。
100,000 回の損傷サイクルを経た後でも、80°C をわずかに超える温度まで定期的に加熱することで、複合材料の疲労を回復させることができます。さらに、RF 電磁場にさらされると発熱するカーボン材料の特性を利用することで、コンポーネントを選択的に修復するために従来のヒーターの使用を置き換えることができます。このアプローチは疲労損傷の「不可逆的」性質に対処し、複合疲労によって引き起こされる損傷をほぼ無期限に回復または遅延させることができ、構造材料の寿命を延ばし、メンテナンスおよび運用コストを削減します。
カーボン/シリコンカーバイド繊維は3500℃の超高温に耐えます
ジョンズ・ホプキンス大学応用物理学研究所が主導するNASAの「星間探査機」コンセプト研究は、太陽系を超えて宇宙を探索する初のミッションとなり、他のどの宇宙船よりも速い速度での移動が必要となる。遠い。星間探査機が非常に高速で長距離に到達できるようにするには、探査機を太陽の近くに振り、太陽の重力を利用して探査機を深宇宙にカタパルトする「オーバース操縦」を実行する必要があるかもしれない。
この目標を達成するには、検出器の日射シールド用に軽量で超高温の材料を開発する必要があります。2021年7月、米国の高温材料開発会社Advanced Ceramic Fiber Co., Ltd.とジョンズ・ホプキンス大学応用物理研究所は共同で、3500℃の高温に耐えられる軽量の超高温セラミックファイバーを開発した。研究者らは、直接変換プロセスを通じて各炭素繊維フィラメントの外層を炭化ケイ素 (SiC/C) などの金属炭化物に変換しました。
研究者らは火炎試験と真空加熱を使用してサンプルをテストしたところ、これらの材料は軽量で低蒸気圧の材料であり、炭素繊維材料の現在の上限である2000℃を延長し、3500℃の一定温度を維持できる可能性を示した。機械的強度が高く、将来的には探査機の日射遮蔽材としての利用が期待されています。
投稿日時: 2022 年 7 月 18 日