Fuzzy-Fasern Könnten Raketen Dabei Helfen, Die Hitze Zu Nehmen

2023 Autor: Peter Bradberry | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-07-27 17:19

Die klettartigen Fäden könnten dazu beitragen, dass die Raumfahrzeugtriebwerke von morgen den Mars oder darüber hinaus erreichen.

Die Innenseiten der heutigen Raketentriebwerke können glühende 1 600 Grad Celsius erreichen, die heiß genug sind, um Stahl zu schmelzen. Und die Motoren von morgen müssen noch heißer werden. Heißere Triebwerke sind sparsamer, erzeugen mehr Schub und können größere Lasten tragen - alles Schlüssel für marsgebundene Raumfahrzeuge und fortschrittliche Flugzeuge.

Auf der Suche nach Raketenmaterialien, die mehr Hitze vertragen, haben Ingenieure versucht, robuste, leichte Verbundwerkstoffe aus Siliziumkarbidfasern zu entwickeln, die einen kleinen Bruchteil der Breite eines menschlichen Haares ausmachen und in ein Keramikmaterial eingebettet sind. Siliziumkarbid hält 2.000 ° C stand - der Temperatur der erhofften heißeren Motoren. Heutige Verbundwerkstoffe werden hergestellt, indem gewebte Matten aus Siliziumkarbidfasern geschichtet und der Raum zwischen ihnen mit einer porösen Keramik gefüllt wird. Bestehende Verbundwerkstoffe können jedoch unter den hohen Drücken, die in Motoren auftreten, reißen, da die Fasern aneinander rutschen und aus der Keramik herausziehen.

Als möglichen Durchbruch haben Wissenschaftler der Rice University und des Glenn Research Center der NASA „Fuzzy“-Siliciumcarbidfasern entwickelt, deren Oberflächen einer mikroskopischen Version von Klettband ähneln. Es ist weniger wahrscheinlich, dass die Fasern, die kürzlich in Applied Materials & Interfaces beschrieben wurden, aus einem umgebenden Keramikmedium herausrutschen oder herausziehen, da ihre unscharfen Verwicklungen sie miteinander verbinden.

Um diese Fäden herzustellen, züchteten die Forscher zunächst lockige Kohlenstoffnanoröhren, die wie Haarsträhnen aus der Siliziumkarbidoberfläche herausragen. Dann tauchten sie die Fasern in ein ultrafeines Siliziumpulver und erhitzten sie, wodurch die Kohlenstoffnanoröhren in Siliziumkarbidfasern umgewandelt werden. Das Team testete die Festigkeit der Fuzzy-Fasern, indem es sie in ein transparentes, gummiartiges Polymer einbettete. Dabei stellte es fest, dass diese Verbundwerkstoffe viermal so stark sind wie solche mit glatten Fäden. Die NASA-Forschungsingenieurin und Co-Autorin der Studie, Janet Hurst, sagt, das Team möchte nun die neuen, lockigen Fasern in einem keramischen Medium testen. Sie möchten auch Fasern mit einer Fuzzy-Bornitrid-Nanoröhrenbeschichtung herstellen, da diese stark ist und die Fasern vor schädlicher Sauerstoffexposition schützt.

Siliziumkarbidfasern sind entlang ihrer Länge stark, können jedoch unter hohem Druck über ihre Breite reißen. Die neuen Fasern sollten jedoch einem Bruch widerstehen, da ihr weicher Flaum dazu beiträgt, die Belastung durch Verteilung abzubauen, sagt Steven Suib, Direktor des Instituts für Materialwissenschaften an der Universität von Connecticut, der nicht an der neuen Forschung beteiligt war.