МАТЕЦХ је развио композитне материјале угљеник/угљеник ултра високе густине.
Према последњем саопштењу МАТЕЦХ-а, компанија је успешно развила композите на бази угљеника (Ц/Ц) ултра високе густине ојачане угљеничним влакнима. Ова револуционарна технологија побољшава аблативну и оксидациону отпорност Ц/Ц композита за 20 пута у поређењу са постојећим Ц/Ц материјалима, што их чини погодним за захтевне примене као што су ракете велике брзине и балистички конуси и предње ивице.
МАТЕЦХ ће званично представити овај патентирани развојни пројекат на 47. Конференцији о композитним материјалима, материјалима и конструкцијама (ЦМС), одржаној у Ст. Аугустине, Флорида, САД, 23. јануара 2024. МАТЕЦХ-ова технологија синтеровања уз помоћ поља (ФАСТ) омогућава производња густих Ц/Ц композита са невиђено великом густином.
Применом овог новог процеса, МАТЕЦХ је постигао насипну густину од преко 2,20 г/цм3 за Ц/Ц композите, што је веома близу апсолутној теоријској густини графита (2,26 г/цм3). Поред тога, примећена је значајна количина извлачења влакана током прелома. ФАСТ угљеник-угљеник композити могу се лако проширити на носне конусе и предње ивице ракета велике брзине. Штавише, процес је сигуран, исплатив и релативно једноставан. Ова патентирана технологија (УС патенти 10464849 и 10774007) проширује претходни рад МАТЕЦХ-а у брзом згушњавању СиЦ/СиЦ и Ц/СиЦ ЦМЦ-а.
Ц/Ц композити високе густине су првобитно коришћени за балистичке носне конусе за поновно улазак 1960-их и 1970-их. Угљеник високе густине, добијен врућим изостатским пресовањем и процесима карбонизације импрегнације, заменио је густи монолитни графит. Међутим, ови процеси су били повезани са одређеним ризицима, високим трошковима и техничким потешкоћама. Штавише, претходни процеси су обично производили Ц/Ц композите са максималном запреминском густином од 1,95 г/цм3, а ниједан други процес није значајно повећао густину угљеник-угљеника композита.
Патентирана технологија за композите високе густине
Са седиштем у Калифорнији, САД, МАТЕЦХ је 1989. године основао др Ед Попе. Према Попеу, компанија ради на унапређењу керамичких матричних композита од 2700 степени Ф (ЦМЦ) за ефикасније турбинске моторе. Међутим, главни приступ је почињао са ЦМЦ са 40-50% густине и коришћењем технологије синтеровања уз помоћ поља (ФАСТ), што је резултирало густинама далеко од 100% и лошим перформансама услед оштећења влакана. Због тога је компанија од почетка схватила потребу за згушњавањем преформама, постижући смањену порозност на 7-10%. МАТЕЦХ је касније показао способност постизања густог СиЦ/СиЦ са густинама до 99,9% за мање од 10 минута, заједно са жељеном снагом и жилавошћу ЦМЦ-а.
МАТЕЦХ-ов патентирани процес (горе) користи стандардну опрему ФАСТ (Фиелд-Ассистед Синтеринг Тецхнологи) (доле), која примењује импулсну струју и притисак на ЦМЦ делове кроз калупе, повећавајући реактивност материјала и температуру кроз џуле загревање.
Да би демонстрирао ефикасност овог процеса, МАТЕЦХ је почео са једноставним геометријама као што су дискови и правоугаоне плоче. Сложеније геометрије, као што је двоструко сечиво ваздухопловног мотора приказано на слици, могу се произвести у ФАСТ калупима коришћењем графитног алата, који је првобитно био дизајниран за Препрег-Интегратед Прессуре (ПИП), али није коришћен за креирање ФАСТ густих компоненти. ФАСТ време процеса, притисак и температура за обликовање делова су исти као и за равне геометрије. На основу овог истраживања, Попе је добио два патента: један 2019. за процес и други 2020. за састав материјала.
Згушњавање МАТЕЦХ-ових СиЦ/СиЦ и Ц/СиЦ ЦМЦ-ова користи притиске у распону од 30 до 100 мегапаскала. Ово је типичан опсег који се користи у ФАСТ обради, са нивоима струје у распону од 2500 до 10,000 ампера, у зависности од величине узорка. Међутим, струја је концентрисана у релативно кратким налетима, што је чини ефикаснијом од конвенционалних техника врућег пресовања. Поред тога, топлота се генерише изнутра унутар материјала, уместо да се примењује споља. Коришћењем струје и притиска калупа, топлотна енергија се ефикасно повећава, а истовремено се уводи енергија вибрација, чинећи материјал реактивнијим.