Вуглецеве волокно має високу термостійкість та здатне залишатися стабільним на при температурі до 800 градусів за Цельсієм. Завдяки цьому матеріал чудово підходить для використання у різних галузях: від велосипедних рам до автомобілів, від медичного устаткування до гітар. Та, наприклад, у космічній галузі температури можуть бути набагато вищими за 800 градусів й тоді вуглецеве волокно починає горіти, якщо вступить у хімічну реакцію з киснем. Міжнародна група вчених під керівництвом Юнфена Лу нарешті знайшла розв'язання цієї проблеми: потрібно занурити матеріал у розплавлену суміш солей.
Читайте на сайті Інженери створили волокна штучної павутини, які міцніші від сталі та кевлару
Інженер Юнфен Лу / Фото University of Nebraska–Lincoln
Детальніше про новітню розробку
Вчені й раніше займалися розробкою вогнестійких форм вуглецевого волокна. Але для цього потрібно використання дорогого устаткування, складних багатоступеневих процесів та непередбачуваних хімічних реакцій. Тому авторам дослідження необхідно було знайти максимально простий метод, який водночас мав бути дешевим.
Винайдений спосіб полягає у зануренні вуглецевого волокна у суміш розплавлених солей:
- Суміш солей розігрівають до температури 982 градуси за Цельсієм.
- Як тільки кристали солі перетворюються на рідину, до неї додають порошок титану та хрому.
- У суміш кладуть вуглецеві волокна.
Після цього на вуглецевих волокнах починають самостійно утворюватися захисна оболонка, яка складається із 3 прошарків:
- Найнижчий прошарок – це Cr3C2, який також називається карбід хрому. Він являє собою хімічну сполуку хрому та вуглецю.
- Середній прошарок захисної оболонки – TiC, який називається карбід титану. Відповідно, це є хімічна сполука титану та вуглецю.
- Третій прошарок – це також карбід хрому.
Читайте за темою Вчені створили твердий матеріал з найнижчою теплопровідністю
Наскільки добре оболонка захищає вуглецеве волокно
Характеристики захисної оболонки були перевірені в ході експериментів, в яких вуглецеві волокна з покриттям піддавалися екстремальним умовам. Наприклад, їх розміщували у камері, де температура середовища становила близько 1200 градусів за Цельсієм. Волокна піддавалися дії киснево-ацетиленовому пальнику. В обох випадках вуглецеві волокна успішно зберігали свою структуру. Було виявлено, що потрійне покриття з карбіду хрому та карбіду титану забезпечує кращий захист, ніж одношарове покриття.
Вчені описують винайдений метод як швидкий та чистий, тому він добре підходить для промислового використання. Надалі вчені планують детальніше з'ясувати, настільки краще волокна з покриттям "тримають удар" у порівнянні зі звичайними вуглецевими волокнами.