耐高温碳纤维复合材料有了新进展
碳纤维材料有非常明显的缺点,就是无法耐高温,普通的碳纤维板连150℃的高温都耐不了,更别说温度超过1000℃的发动机上了。不过科研人员对碳纤维材料的研究始终都在继续,这不耐高温碳纤维复合材料又有了新进展。
布拉斯加大学研发碳纤维耐高温涂层
由YongfengLu带领,来自内布拉斯加大学林肯分校和法国波尔多凝聚态化学研究所的研究团队尝试攻关这个难题。Lu表示:“碳纤维的一个弱点是,如果你有足够高的温度和氧气存在,它们很容易被烧毁。如果我们能使它们不易燃,使它们在暴露于火中时不会燃烧,那将是令人兴奋的”。
这个过程在1800°F(982°C)下进行,一旦盐的晶体被还原成液体,钛和铬的粉末被添加到混合物中,然后碳纤维被引入作为最后的修饰。由于熔融盐混合物中材料的不同行为和反应,这导致了一种化学反应,从而形成了具有三个不同层次的保护层。
Lu表示:“我们已经找到了一个配方,可以在单一状态下形成三层。通过一次浸渍,我们可以得到三层涂层”。在实验环境下对采用新涂层的碳纤维材质进行测试,被置于约2200°F(1200°C)温度和氧乙炔火炬的极端条件下,碳纤维在整个过程中成功地保持其结构。由碳化铬和碳化钛组成的三层涂层被发现比单层涂层提供更多的保护。
碳纤维复合材料想要耐高温真的很难
鉴于碳纤维复合材料的超低密度和超高强度,所以航空航天领域里经常会用到它,不过想让碳纤维复合材料用在发动机这种高温场景下,难度真的太大了。
我们之前介绍一个4种常用的碳纤维复合材料,及碳纤维树脂基复合材料、碳纤维金属基复合材料、碳纤维陶瓷基复合材料和碳纤维橡胶基复合材料,其中碳纤维陶瓷基复合材料的耐高温性能非常出众,甚至可以用在一些发动机的场景下了。
碳纤维陶瓷基复合材料同样也具备一定的劣势,而且并不是所有的使用场景都需要耐上千度的高温,碳纤维陶瓷基复合材料的加工难度很高、加工成本很高,需要开发出更便捷、更贴合实际需求的耐高温碳纤维复合材料才是正解。
除了陶瓷基、涂层这些途径,利用热塑性树脂材料也能提高碳纤维复合材料的耐高温程度,当然这种提升是有上限的,即便是聚醚醚酮树脂也只能将耐高温能力提高到200℃左右。期待未来有更先进的方法,能够让碳纤维材料具备更好的耐高温性能。
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