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碳化硅纖維復合材料讓火箭引擎更耐高溫

2017-09-29 13:43:08 作者：本網整理來源：環球科學分享至：

目前的火箭引擎內部溫度可高達1600℃，這樣的高溫足以融化鋼鐵。而未來的引擎甚至需要達到更高的溫度，因為更高溫的引擎意味著更高效，能產生更強推力，運載更多貨物——對火星探索飛船和更好的飛機來說，這些性能也至關重要。

為了讓火箭耐受更高的溫度，工程師發明了堅固且輕巧的碳化硅纖維復合材料，將比頭發絲還細的碳化硅纖維鑲嵌在陶瓷介質中。碳化硅能經受住2000℃的高溫，這是新引擎的理想溫度。目前這種復合材料的制法是，將碳化硅纖維編織物分層，在空隙中填充多孔的陶瓷。不過這種令人驚嘆的復合材料在引擎的高壓下會開裂，因為纖維之間會滑動，并把陶瓷擠出去。

美國萊斯大學（Rice University）和美國航空航天局格倫研究中心（NASA Glenn Research Center）的科學家對此進行了改進。他們制造了“毛茸茸”的碳化硅纖維，其表面就像尼龍搭扣的微觀版本。近期的《應用材料與界面》（Applied Materials & interfaces）上報道了這種纖維，它們的絨毛互相纏結，將彼此牢牢鎖住，如此一來纖維就很難滑動，不會陶瓷材料擠出。

為了制造這種材料，研究者首先在碳化硅表面培養出卷曲的碳納米管，就像卷發一樣。然后他們使這些纖維蘸上超細硅粉，并進行加熱。這使碳納米管轉化成了碳化硅纖維。研究團隊將這些絨毛纖維填入透明的、富有彈性的塑料中，以測試它們的強度。結果顯示絨毛纖維的強度是光滑纖維的4倍。NASA工程師、研究的合作者珍妮特·郝斯特（Janet Hurst）稱，研究團隊目前想測試新的卷曲纖維在陶瓷介質中的表現。他們還想用卷曲的氮化硼納米管覆蓋纖維的表面，因為氮化硼除了強韌，還能抵抗氧氣對纖維的損害。

碳化硅纖維非常強韌，不容易橫向折斷，但在高壓下可能會縱向裂開。康涅狄格大學（University of Connecticut）材料科學研究所的主任史蒂文·蘇波（Steven Suib，未參與這項研究）認為，新的纖維能夠耐受這種損傷，因為那些軟軟的絨毛能夠分散壓力。

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責任編輯：殷鵬飛

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