Les composites à matrice de résine renforcée par des fibres de carbone présentent une résistance spécifique et une rigidité supérieures à celles des métaux, mais sont sujets à la rupture par fatigue. La valeur marchande des composites à matrice de résine renforcée de fibres de carbone pourrait atteindre 31 milliards de dollars en 2024, mais le coût d'un système de surveillance de l'état des structures pour détecter les dommages dus à la fatigue pourrait dépasser 5,5 milliards de dollars.
Pour résoudre ce problème, les chercheurs explorent les nano-additifs et les polymères auto-réparateurs pour empêcher la propagation des fissures dans les matériaux. En décembre 2021, des chercheurs de l'Institut polytechnique Rensselaer de l'Université de Washington et de l'Université de technologie chimique de Pékin ont proposé un matériau composite avec une matrice polymère semblable à du verre qui peut inverser les dommages dus à la fatigue. La matrice du composite est composée de résines époxy classiques et de résines époxy spéciales appelées vitrimères. Par rapport à la résine époxy ordinaire, la principale différence entre l'agent vitrifiant est que lorsqu'il est chauffé au-dessus de la température critique, une réaction de réticulation réversible se produit et il a la capacité de se réparer.
Même après 100 000 cycles de dommages, la fatigue des composites peut être inversée par un chauffage périodique jusqu'à une température juste au-dessus de 80°C. De plus, l’exploitation des propriétés des matériaux carbonés pour chauffer lorsqu’ils sont exposés à des champs électromagnétiques RF peut remplacer l’utilisation de radiateurs conventionnels pour réparer sélectivement les composants. Cette approche répond à la nature « irréversible » des dommages causés par la fatigue et peut inverser ou retarder presque indéfiniment les dommages induits par la fatigue des composites, prolongeant ainsi la durée de vie des matériaux structurels et réduisant les coûts de maintenance et d'exploitation.
LA FIBRE DE CARBONE/CARBURE DE SILICIUM PEUT RÉSISTER À UNE TEMPÉRATURE ULTRA-HAUTE 3500°C
L'étude conceptuelle « Interstellar Probe » de la NASA, dirigée par le laboratoire de physique appliquée de l'université Johns Hopkins, sera la première mission à explorer l'espace au-delà de notre système solaire, nécessitant un voyage à des vitesses plus rapides que tout autre vaisseau spatial. Loin. Pour pouvoir atteindre de très longues distances à des vitesses très élevées, les sondes interstellaires devront peut-être effectuer une « manœuvre d'Obers », qui ferait pivoter la sonde près du soleil et utiliserait la gravité du soleil pour catapulter la sonde dans l'espace lointain.
Pour atteindre cet objectif, un matériau léger et ultra-haute température doit être développé pour le bouclier solaire du détecteur. En juillet 2021, le développeur américain de matériaux à haute température Advanced Ceramic Fiber Co., Ltd. et le laboratoire de physique appliquée de l'université Johns Hopkins ont collaboré pour développer une fibre céramique légère à ultra-haute température capable de résister à des températures élevées de 3 500 °C. Les chercheurs ont converti la couche externe de chaque filament de fibre de carbone en carbure métallique tel que le carbure de silicium (SiC/C) grâce à un processus de conversion directe.
Les chercheurs ont testé les échantillons en utilisant des tests à la flamme et un chauffage sous vide, et ces matériaux ont montré le potentiel des matériaux légers à faible pression de vapeur, prolongeant la limite supérieure actuelle de 2 000 °C pour les matériaux en fibre de carbone et maintenant une certaine température à 3 500 °C. Résistance mécanique, il devrait être utilisé dans le futur dans le bouclier solaire de la sonde.
Heure de publication : 18 juillet 2022