Mae MATECH wedi datblygu deunyddiau cyfansawdd carbon / carbon dwysedd uchel iawn.
Yn ôl y cyhoeddiad diweddaraf gan MATECH, mae'r cwmni wedi llwyddo i ddatblygu cyfansoddion carbon wedi'u hatgyfnerthu â ffibr carbon (C / C) dwysedd uchel iawn. Mae'r dechnoleg arloesol hon yn gwella ymwrthedd abladol ac ocsideiddio cyfansoddion C / C 20 gwaith o'i gymharu â deunyddiau C / C presennol, gan eu gwneud yn addas ar gyfer cymwysiadau heriol megis taflegrau cyflym a chonau trwyn balistig reentry ac ymylon blaenllaw.
Bydd MATECH yn dadorchuddio'r prosiect datblygu patent hwn yn swyddogol yn y 47ain Gynhadledd Deunyddiau, Deunyddiau a Strwythurau Cyfansawdd (CMS), a gynhaliwyd yn St Augustine, Florida, UDA, ar Ionawr 23, 2024. Mae Technoleg Sinterio â Chymorth Maes (FAST) MATECH yn galluogi'r cynhyrchu cyfansoddion C/C trwchus gyda dwysedd uchel digynsail.
Trwy ddefnyddio'r broses newydd hon, mae MATECH wedi cyflawni dwysedd swmp o dros 2.20 g/cm3 ar gyfer y cyfansoddion C/C, sy'n agos iawn at ddwysedd damcaniaethol absoliwt graffit (2.26 g/cm3). Yn ogystal, gwelwyd swm sylweddol o ffibr tynnu allan yn ystod toriad. Gellir ymestyn y cyfansoddion carbon-carbon FAST yn hawdd i gonau trwyn ac ymylon blaen taflegrau cyflym. Ar ben hynny, mae'r broses yn ddiogel, yn gost-effeithiol, ac yn gymharol syml. Mae'r dechnoleg patent hon (Patentau UD 10464849 a 10774007) yn ymhelaethu ar waith blaenorol MATECH i ddwysáu cyflym CMCs SiC/SiC a C/SiC.
Defnyddiwyd cyfansoddion C/C dwysedd uchel i ddechrau ar gyfer conau trwyn balistig reentry yn y 1960au a'r 1970au. Disodlodd y carbon dwysedd uchel, a gafwyd trwy brosesau gwasgu isostatig poeth a charboneiddio trwytho, y graffit monolithig trwchus. Fodd bynnag, roedd y prosesau hyn yn gysylltiedig â rhai risgiau, costau uchel ac anawsterau technegol. At hynny, roedd y prosesau blaenorol yn nodweddiadol yn cynhyrchu cyfansoddion C/C ag uchafswm dwysedd swmp o 1.95 g/cm3, ac ni chynyddodd unrhyw broses arall ddwysedd cyfansoddion carbon-carbon yn sylweddol.
Technoleg patent ar gyfer cyfansawdd dwysedd uchel
Gyda'i bencadlys yng Nghaliffornia, UDA, sefydlwyd MATECH ym 1989 gan Dr. Ed Pope. Yn ôl Pope, mae'r cwmni wedi bod yn gweithio ar hyrwyddo 2700 gradd F Ceramic Matrix Composites (CMCs) ar gyfer peiriannau tyrbin mwy effeithlon. Fodd bynnag, mae'r prif ddull wedi bod yn dechrau gyda CMCs ar ddwysedd 40-50% a defnyddio Technoleg Sintro â Chymorth Maes (FAST), gan arwain at ddwysedd ymhell o 100% a pherfformiad gwael oherwydd difrod ffibr. Felly, sylweddolodd y cwmni'r angen am ddwyseiddiad o'r dechrau gyda preforms, gan gyflawni mandylledd llai i 7-10%. Yn ddiweddarach dangosodd MATECH y gallu i gyflawni SiC / SiC trwchus gyda dwyseddau hyd at 99.9% mewn llai na 10 munud, ynghyd â chryfder a chaledwch CMCs a ddymunir.
Mae proses patent MATECH (brig) yn defnyddio offer Technoleg Sintro â Chymorth Maes (FAST) safonol (gwaelod), sy'n cymhwyso cerrynt pwls a phwysau ar rannau CMC trwy fowldiau, gan wella adweithedd deunydd a thymheredd trwy wresogi Joule.
Er mwyn dangos effeithiolrwydd y broses hon, dechreuodd MATECH gyda geometregau syml fel disgiau a phlatiau hirsgwar. Gellir cynhyrchu geometregau mwy cymhleth, fel llafn dwbl yr injan awyrofod a ddangosir yn y ffigur, mewn mowldiau FAST gan ddefnyddio offer graffit, a ddyluniwyd yn wreiddiol ar gyfer Pwysau Integredig Prepreg (PIP) ond nad yw wedi'i ddefnyddio ar gyfer creu cydrannau trwchus FAST. Mae amser proses FAST, pwysau a thymheredd ar gyfer siapio rhannau yr un fath â'r rhai ar gyfer geometregau gwastad. Yn seiliedig ar yr ymchwil hwn, cafodd Pope ddau batent: un yn 2019 ar gyfer y broses ac un arall yn 2020 ar gyfer y cyfansoddiad deunydd.
Mae dwysedd CMC SiC/SiC a C/SiC MATECH yn defnyddio pwysau sy'n amrywio o 30 i 100 megapascal. Dyma'r ystod nodweddiadol a ddefnyddir mewn prosesu FAST, gyda'r lefelau cyfredol yn amrywio o 2,500 i 10,000 amperes, yn dibynnu ar faint y sampl. Fodd bynnag, mae'r cerrynt wedi'i ganoli mewn pyliau cymharol fyr, gan ei wneud yn fwy effeithlon na thechnegau gwasgu poeth confensiynol. Yn ogystal, mae'r gwres yn cael ei gynhyrchu'n fewnol o fewn y deunydd, yn hytrach na'i roi'n allanol. Trwy ddefnyddio pwysau cyfredol a llwydni, mae'r egni thermol yn cael ei gynyddu'n effeithiol tra hefyd yn cyflwyno egni dirgrynol, gan wneud y deunydd yn fwy adweithiol.