Углеродное волокно обладает высокой термостойкостью и способно оставаться стабильным на при температуре до 800 градусов по Цельсию. Благодаря этому материал прекрасно подходит для использования в разных отраслях: от велосипедных рам до автомобилей, от медицинского оборудования до гитар. И, например, в космической отрасли температуры могут быть намного выше 800 градусов и тогда углеродное волокно начинает гореть, если вступит в химическую реакцию с кислородом. Международная группа ученых под руководством Юнфэна Лу наконец нашла решение этой проблемы: нужно погрузить материал в расплавленную смесь солей.
Читайте на сайте Инженеры создали волокна искусственной паутины, которые прочнее стали и кевлара
Инженер Юнфен Лу / Фото University of Nebraska–Lincoln
Подробнее о новейшей разработке
Ученые и раньше занимались разработкой огнестойких форм углеродного волокна. Но для этого требуется использование дорогостоящего оборудования, сложных многоступенчатых процессов и непредсказуемых химических реакций. Поэтому авторам исследования необходимо было найти максимально простой метод, который в то же время должен был быть дешевым.
Изобретенный способ заключается в погружении углеродного волокна в смесь расплавленных солей:
- Смесь солей разогревают до температуры 982 градуса по Цельсию.
- Как только кристаллы соли превращаются в жидкость, к ней добавляют порошок титана и хрома.
- В смесь кладут углеродные волокна.
После этого на углеродных волокнах начинают самостоятельно образовываться защитная оболочка, которая состоит из 3 слоев:
- Самый нижний слой – это Cr3C2, который также называется карбид хрома. Он представляет собой химическое соединение хрома и углерода.
- Средний слой защитной оболочки – TiC, который называется карбид титана. Соответственно, это химическое соединение титана и углерода.
- Третья прослойка – это также карбид хрома.
Читайте по теме Ученые создали твердый материал с самой низкой теплопроводностью
Насколько хорошо оболочка защищает углеродное волокно
Характеристики защитной оболочки были проверены в ходе экспериментов, в которых углеродные волокна с покрытием подвергались экстремальным условиям. Например, их размещали в камере, где температура среды составляла около 1200 градусов по Цельсию. Волокна подвергались действию кислородно-ацетиленовой горелки. В обоих случаях углеродные волокна успешно сохраняли свою структуру. Было обнаружено, что тройное покрытие из карбида хрома и карбида титана обеспечивает лучшую защиту, чем однослойное покрытие.
Ученые описывают изобретенный метод как быстрый и чистый, поэтому он хорошо подходит для промышленного использования. В дальнейшем ученые планируют подробнее выяснить, настолько лучше волокна с покрытием "держат удар" по сравнению с обычными углеродными волокнами.