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科技動(dòng)態(tài)
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新材料讓火箭引擎更耐高溫

 目前的火箭引擎內(nèi)部溫度可高達(dá)1600℃,這樣的高溫足以融化鋼鐵。而未來(lái)的引擎甚至需要達(dá)到更高的溫度,因?yàn)楦邷氐囊嬉馕吨咝В墚a(chǎn)生更強(qiáng)推力,運(yùn)載更多貨物——對(duì)火星探索飛船和更好的飛機(jī)來(lái)說(shuō),這些性能也至關(guān)重要。 

 為了讓火箭耐受更高的溫度,工程師發(fā)明了堅(jiān)固且輕巧的碳化硅纖維復(fù)合材料,將比頭發(fā)絲還細(xì)的碳化硅纖維鑲嵌在陶瓷介質(zhì)中。碳化硅能經(jīng)受住2000℃的高溫,這是新引擎的理想溫度。目前這種復(fù)合材料的制法是,將碳化硅纖維編織物分層,在空隙中填充多孔的陶瓷。不過(guò)這種令人驚嘆的復(fù)合材料在引擎的高壓下會(huì)開裂,因?yàn)槔w維之間會(huì)滑動(dòng),并把陶瓷擠出去。  

 美國(guó)萊斯大學(xué)(Rice University)和美國(guó)航空航天局格倫研究中心(NASA Glenn Research Center)的科學(xué)家對(duì)此進(jìn)行了改進(jìn)。他們制造了“毛茸茸”的碳化硅纖維,其表面就像尼龍搭扣的微觀版本。近期的《應(yīng)用材料與界面》(Applied Materials & interfaces)上報(bào)道了這種纖維,它們的絨毛互相纏結(jié),將彼此牢牢鎖住,如此一來(lái)纖維就很難滑動(dòng),不會(huì)陶瓷材料擠出。  

 為了制造這種材料,研究者首先在碳化硅表面培養(yǎng)出卷曲的碳納米管,就像卷發(fā)一樣。然后他們使這些纖維蘸上超細(xì)硅粉,并進(jìn)行加熱。這使碳納米管轉(zhuǎn)化成了碳化硅纖維。研究團(tuán)隊(duì)將這些絨毛纖維填入透明的、富有彈性的塑料中,以測(cè)試它們的強(qiáng)度。結(jié)果顯示絨毛纖維的強(qiáng)度是光滑纖維的4倍。NASA工程師、研究的合作者珍妮特·郝斯特(Janet Hurst)稱,研究團(tuán)隊(duì)目前想測(cè)試新的卷曲纖維在陶瓷介質(zhì)中的表現(xiàn)。他們還想用卷曲的氮化硼納米管覆蓋纖維的表面,因?yàn)榈鸪藦?qiáng)韌,還能抵抗氧氣對(duì)纖維的損害。 

 碳化硅纖維非常強(qiáng)韌,不容易橫向折斷,但在高壓下可能會(huì)縱向裂開。康涅狄格大學(xué)(University of Connecticut)材料科學(xué)研究所的主任史蒂文·蘇波(Steven Suib,未參與這項(xiàng)研究)認(rèn)為,新的纖維能夠耐受這種損傷,因?yàn)槟切┸涇浀慕q毛能夠分散壓力。(來(lái)源:環(huán)球科學(xué))

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