چین سخت ترین سپر حرارتی هواپیماهای مافوق صوت را ساخت
به گزارش مطب نما، گروهی از پژوهشگران چینی از دانشگاه گوانگژو، سرامیک متخلخل جدیدی با استقامت و خواص عایق حرارتی بالا ساخته اند که می تواند در هواپیماهای مافوق صوت استفاده گردد.
به گزارش مطب نما به نقل از ایسنا، دانشمندان چینی از دانشکده علوم و مهندسی مواد دانشگاه گوانگژو، سرامیک متخلخل جدیدی تولید کرده اند که می تواند برای مهندسی هوافضا، انرژی و شیمی انقلابی باشد.
به نقل از ساوث چاینا مورنینگ پست(SCMP)، این ماده دارای استقامت مکانیکی بالا و خواص عایق حرارتی متعالی است که آنرا برای هواپیماهای مافوق صوت ایده آل می کند.
یک تعادل خوب
مواد سرامیکی متخلخل به علت وزن سبک، بی اثر بودن شیمیایی و رسانایی حرارتی کم به صورت فزاینده ای برای ساخت عایق های حرارتی مورد توجه قرار می گیرند که آنها را به عایق های خوبی تبدیل می کند.
دستیابی به مقاومت مکانیکی و عایق حرارتی بالا در سرامیک های متخلخل چالش برانگیز است، چونکه منافذ بیشتر معمولا منجر به کاهش مقاومت مکانیکی می شود.
مواد متخلخل معمولی می توانند در دماهای بالا استقامت خویش را از دست بدهند و منقبض شوند و برای کاربردهای هوافضا نامناسب شوند. برای این منظور، تیمی از دانشکده علوم و مهندسی مواد دانشگاه گوانگژو نوع جدیدی از سرامیک را توسعه داده اند که بر محدودیت های سرامیک های سنتی غلبه می کند. این سرامیک دارای طراحی ساختاری چند مقیاسی است.
چو سرپرست این مطالعه می گوید: سرامیک ما ۹PHEB نام دارد و ابعاد و استقامت فوق العاده خویش را تا دمای ۲۰۰۰ درجه سانتی گراد حفظ می نماید که آنرا جهت استفاده در شرایط پرفشار مناسب می کند. سرامیک ۹PHEB یا «دی بورید متخلخل ۹ کاتیونی با آنتروپی بالا» با مخلوط کردن ۹ جزء بر مبنای مفهوم آنتروپی بالا ایجاد می شود که همه آنها کاتیونی، یعنی یون هایی با بار مثبت هستند.
چو در مقاله خود به علاقه روز افزون به طراحی آنتروپی بالا با مواد سرامیکی از زمان شروع آن در سال ۲۰۱۵ به علت پتانسیل آن برای توسعه ریزساختارهای منحصر به فرد و خواص قابل تنظیم اشاره نمود. سرامیک ۹PHEB حدود ۵۰ درصد تخلخل دارد، با این وجود استقامت فشاری آن در دمای اتاق تقریبا ۳۳۷ مگاپاسکال است که آنرا به صورت قابل توجهی از سرامیک های متخلخل گزارش شده قبلی قوی تر می کند.
این سرامیک در آزمایش های عایق و پایداری حرارتی به خوبی عمل کرد و ۹۸.۵ درصد استقامت خویش را در دمای ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد حفظ کرد.
سرامیک ۹HPEB برخلاف سرامیک های سنتی شکننده، تغییر شکل پلاستیکی را در دمای ۲۰۰۰ درجه سانتیگراد نشان داد. هنگامی که این ماده در دماهای بالا تغییر شکل می دهد، کشش ۴۹ درصدی را تجربه می کند که استقامت آنرا به ۶۹۰ مگاپاسکال یعنی بیشتر از دو برابر استقامت اولیه آن بالا می برد.
این سرامیک بعد از دمادهی در دمای ۲۰۰۰ درجه سانتیگراد حدود ۲.۴ درصد منقبض شد، اما حجم و ابعاد آن در اثر گرمای زیاد بدون تغییر باقی ماند.
چو توضیح داد که خواص مکانیکی و حرارتی این سرامیک به علت طراحی «چند مقیاسی» آن است که شامل منافذ بسیار ریز در مقیاس میکرو، رابط های باکیفیت بالا در مقیاس نانو و اعوجاج شدید شبکه در مقیاس اتمی است.
اندازه و توزیع منافذ در ریزساختارهای سرامیک برای طراحی آن خیلی مهم است. به قول دانشمندان، ۹۲ درصد از منافذ بسیار ریز هستند و اندازه آنها فقط ۰.۸ تا ۱.۲ میکرومتر است که آنها را از نظر خواص عایق حرارتی بی نظیر می کند.
این سرامیک دارای اتصالات قوی و بدون نقص در مقیاس نانو است که استقامت مکانیکی را زیاد می کند. اعوجاج شبکه ناشی از طراحی آنتروپی بالا در مقیاس اتمی، سختی را بهبود می بخشد و رسانایی حرارتی را می کاهد.
مناسب برای شرایط خشن
به قول پژوهشگران، این خصوصیت ها استقامت مکانیکی و عایق حرارتی این ماده را زیاد می کند و آنرا برای شرایط سخت مناسب می کند.
ژوانگ لی، دانشیار دانشکده علوم و مهندسی مواد تصریح کرد که این ماده کاربردهای گسترده ای در صنایع هوافضا، انرژی و مهندسی شیمی دارد.
این تیم یافته های خویش را در مجله معتبر Advanced Materials منتشر نموده است.
منبع: matabnama.ir
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب