MATECH hefur þróað mjög háþéttni kolefni/kolefnis samsett efni.
Samkvæmt nýjustu tilkynningu frá MATECH hefur fyrirtækið þróað með góðum árangri af miklum þéttleika koltrefjastyrktum kolefnisbundnum (C/C) samsettum efnum. Þessi byltingarkennda tækni eykur ablative og oxunarþol C/C samsettra efna um 20 sinnum miðað við núverandi C/C efni, sem gerir þau hentug fyrir krefjandi notkun eins og háhraða eldflaugar og ballistic reentry nefkeilur og fremstu brúnir.
MATECH mun opinberlega afhjúpa þetta einkaleyfisbundna þróunarverkefni á 47. Composite Materials, Materials, and Structures (CMS) ráðstefnunni, sem haldin er í St. Augustine, Flórída, Bandaríkjunum, þann 23. janúar 2024. MATECH's Field-Assisted Sintering Technology (FAST) gerir framleiðsla á þéttum C/C samsettum efnum með áður óþekktum háum þéttleika.
Með því að nota þetta nýja ferli hefur MATECH náð yfir 2,20 g/cm3 fyrir C/C samsett efni, sem er mjög nálægt fræðilegum þéttleika grafíts (2,26 g/cm3). Að auki sást umtalsvert magn af trefjum sem dragast út við beinbrot. Auðvelt er að lengja FAST kolefnis-kolefnissamsetningarnar að nefkeilum og fremstu brúnum háhraða eldflauga. Þar að auki er ferlið öruggt, hagkvæmt og tiltölulega einfalt. Þessi einkaleyfisskylda tækni (US einkaleyfi 10464849 og 10774007) stækkar fyrri vinnu MATECH í hraðri þéttingu SiC/SiC og C/SiC CMC.
Háþéttni C/C samsett efni voru upphaflega notuð fyrir ballistic reentry nefkeilur á sjöunda og áttunda áratugnum. Háþéttni kolefnið, sem fæst með heitu ísóstatískri pressun og gegndreypingu kolefnisferli, kom í stað þétts einlita grafítsins. Hins vegar voru þessi ferli tengd ákveðnum áhættum, miklum kostnaði og tæknilegum erfiðleikum. Ennfremur framleiddu fyrri ferlar venjulega C/C samsett efni með hámarksmassaþéttleika upp á 1,95 g/cm3, og engin önnur aðferð jók verulega þéttleika kolefnis-kolefnis samsettra efna.
Einkaleyfisskyld tækni fyrir háþéttni samsett efni
MATECH er með höfuðstöðvar í Kaliforníu í Bandaríkjunum og var stofnað árið 1989 af Dr. Ed Pope. Samkvæmt Pope hefur fyrirtækið unnið að því að efla 2700 gráðu F Ceramic Matrix Composites (CMCs) fyrir skilvirkari túrbínuvélar. Hins vegar hefur aðalaðferðin verið að byrja með CMC við 40-50% þéttleika og nota Field-Assisted Sintering Technology (FAST), sem leiðir til þéttleika langt frá 100% og lélegrar frammistöðu vegna trefjaskemmda. Þess vegna áttaði fyrirtækið sig á þörfinni fyrir þéttingu frá upphafi með forformum og náði þannig minni porosity í 7-10%. MATECH sýndi síðar fram á getu til að ná þéttum SiC/SiC með þéttleika allt að 99,9% á innan við 10 mínútum, ásamt æskilegum styrk og seigju CMCs.
Einkaleyfisverndað ferli MATECH (efst) notar staðlaðan Field-Assisted Sintering Technology (FAST) búnað (neðst), sem beitir púlsstraumi og þrýstingi á CMC hluta í gegnum mót, sem eykur viðbrögð efnis og hitastig með Joule upphitun.
Til að sýna fram á skilvirkni þessa ferlis byrjaði MATECH með einföldum rúmfræði eins og diskum og rétthyrndum plötum. Flóknari rúmfræði, eins og tvöfalda blaðið sem sýnt er á myndinni, er hægt að framleiða í FAST mótum með grafítverkfærum, sem upphaflega var hannað fyrir Prepreg-Integrated Pressure (PIP) en hefur ekki verið notað til að búa til FAST þétta íhluti. FAST vinnslutími, þrýstingur og hitastig fyrir mótun hluta eru þau sömu og fyrir flatar rúmfræði. Byggt á þessum rannsóknum fékk Pope tvö einkaleyfi: eitt árið 2019 fyrir ferlið og annað árið 2020 fyrir efnissamsetninguna.
Þéttingin á SiC/SiC og C/SiC CMC frá MATECH notar þrýsting á bilinu 30 til 100 megapascals. Þetta er hið dæmigerða svið sem notað er í FAST vinnslu, með straumstyrk á bilinu 2.500 til 10,000 ampera, allt eftir stærð úrtaksins. Hins vegar er straumurinn samþjappaður í tiltölulega stuttum sprengingum, sem gerir hann skilvirkari en hefðbundnar heitpressunaraðferðir. Að auki myndast hitinn innan í efninu, frekar en að vera borinn á utan. Með því að nota straum og mygluþrýsting eykst varmaorkan á áhrifaríkan hátt á meðan hún kynnir titringsorku, sem gerir efnið hvarfgjarnara.