В Университетом Райса (Rice University) и Гленновском исследовательском центре (Glenn Research Center) НАСА разработали «ворсистые» SiC-волокна, с тем, чтобы можно было создать еще более высокую температуру внутри ракетного двигателя. Поверхность этих волокон напоминает микроскопический вариант застежки-липучки, и предполагается, что они будут не такими скользкими и поэтому не будут выскальзывать из окружающей их керамической среды, поскольку их ворсинки будут связывать их между собой. Повышение рабочей температуры важно для повышения КПД двигателя. Подробно о своей разработке ученые рассказали в статье, опубликованной в журнале Applied Materials & Interfaces.
Температуры внутри современных ракетных двигателей могут достигать 1600 ºС — при такой температуре уже плавится сталь. Но требуются еще более высокие температуры: чем выше температура, тем выше КПД, тем большую тягу может создавать двигатель и тем большую полезную нагрузку сможет нести аппарат, который приводит в движении ракета. А все это очень важно как для полетов на Марс, так и для самолетов будущего.
В поисках более высокотемпературных материалов для ракетных двигателей инженеры попытались создать стойкие и легкие композиты на основе волокон карбида кремния (SiC) толщиной в малую долю толщины человеческого волоса , заделанных в керамический материал. Карбид кремния способен выдерживать температуры до 2000 ºС, которые инженеры надеются получать в ракетных двигателях будущего. Сегодняшние композиты состоят из слоев SiC-тканей с заполнением пространства между ними пористой керамикой. Но такие композиты могут разрушаться, поскольку эти волокна могут скользить по отношению друг к другу и выскальзывать из керамики.
Для получения новых волокон исследователи сначала вырастили углеродные нанотрубки, торчащие из поверхности карбида кремния, как завитки волос. Затем они поместили волокна в сверхтонкий порошок кремния и нагрели, в результате чего эти углеродные нанотрубки превратились в волокна карбида кремния. Для проверки прочности этих ворсистых волокон группа заделала их в прозрачный каучукоподобный полимер. Оказалось, что такой композит вчетверо прочнее композита на основе гладких волокон.
Теперь группа намерена испытать эти волокна в керамической среде, а также создать волокна с такими же нанотрубками, но имеющими покрытие из нитрида бора — прочного материала, защищающего эти волокна от разрушительного воздействия кислорода.
