litaba

Faeba ea k'habonee fumane botumo ba eona ka botšepehi. Boeing 787 e batla e le 50% ea boima bo kopaneng. Li-monocoque tsa Formula 1 li hahiloe ho eona ho tloha mathoasong a lilemo tsa bo-1980. Maoto a maiketsetso, meaho ea sathelaete, mahare a turbine ea moea, liforeimi tsa baesekele tse phahameng - thepa e hlaha hohle moo baenjiniere ba hlokang ho jara mojaro ntle le ho jara boima.

Ka nako e 'ngoe, tlaleho eo ea katleho e ile ea fetoha khopolo-taba: horefaeba ea khaboneke thepa e ntle ka ho fetisisa ea kaho e fumanehang, e felletseng. Ha ho joalo. Lisebelisoa tse 'maloa li feta ts'ebetso ea eona ka litsela tse itseng, tse ka lekanngoang - 'me ho tseba hore na ke life, le hobaneng, ho molemo ho feta ho tšoara faeba ea carbon e le siling.

Mona ke moo e hlolwang teng, le seo se se bolelang ha e le hantle.

Seo "Matla" a se Bolelang Hantle-ntle - le Hobaneng se Fetola Ntho e 'Ngoe le e 'Ngoe

Lentsoe lena le etsa mosebetsi o mongata boenjiniere ba thepa, 'meli-fiber tsa carbonBobusi bo itshetlehile haholo ka tlhaloso eo o e sebedisang.

Molemo oa 'nete oa faeba ea carbon kematla a itseng le ho tiea ho itseng — karolelano ea ts'ebetso ea mechini le boima. Khahlanong le litšepe tse ngata tsa sebopeho, e hlola tlholisano eo ka tieo, ke ka lebaka leo lifofane le lipapali tsa makoloi li e amohetseng ka matla joalo ka ha li entse. Tšepe e matla ka ho feletseng. Faeba ea khabone e matla ka kilogram, e leng palo ea bohlokoa ha gram e 'ngoe le e 'ngoe e ja mafura kapa nako ea ho tsamaea.

Empa tshebetso ya sebopeho ha se palo e le nngwe. Ke bonyane tse hlano:

● Matla a ho thapolla — ho hanyetsa ho huloa

● Matla a ho hatella — ho hanyetsa ho silafala (bofokoli bo itseng ba faeba ya khabone)

● Ho tiea / ho tenyetseha ha modulus — ho hanyetsa phetoho ea elastic tlas'a mojaro

● Ho tiea — matla a monngoang pele ho robeha, ha aa lokela ho ferekanngoa le matla

● Ho tsitsa ha mocheso — hore na thepa eo e tšoarella mochesong o phahameng

Faeba ea k'habonee ntle haholo ho tse tharo tsa pele ho latela boima. E hlile e fokola ka ho tiea - e robeha ntle le temoso ho ena le ho fetoha sebopeho - mme e qala ho theoha ka hodimo ho 400°C moeeng ho latela matrix. Dikgeo tseo tse pedi ke moo thepa e nngwe le e nngwe lenaneng lena e fumanang monyelo wa yona.

1. Graphene — E Matla Pampiring, e Rarahane Haholo Ts'ebetsong

Graphene e hatisoa ka ho fetisisa, 'me linomoro li lokafatsa tlhokomelo. Letlapa la carbon le teteaneng joaloka athomo e le 'ngoe ka har'a lattice ea hexagonal, matla a eona a ho thaepa a feta tšepe ea sebopeho ka makhetlo a ka bang 200 ka boima. Modulus ea eona e tenyetsehang e feta ea faeba ea carbon. Litekanyong tseo tse peli, ha ho letho le teng le atamelang haufi.

Joale ke hobane'ng ha lifofane li sa hahuoe ka eona?

Bothata ke tlhahiso ka botlalo. Thepa ea Graphene e teng boemong ba limolek'hule, 'me e itšetlehile ka phetheho ea sebopeho. Hang ha u leka ho haha ​​​​ho hong ka tekanyo ea motho - eng kapa eng eo u ka e tšoarang - u hlahisa meeli ea lijo-thollo, likoli le ho se lumellane ho phunyang linomoro tseo tsa khopolo-taba ka potlako. Leqephe la graphene le se nang likoli le fetang lisenthimithara tse 'maloa le ntse le le bothata ba boenjiniere bo sa rarolloang ka tekanyo ea khoebo ka 2025, re se re sa bue ka phanele ea sebopeho.

Moo graphene e fumanang ho hohela ha 'nete ke ntho e eketsang. Ho kenyelletsa li-flakes tsa graphene kapa graphene oxide lits'ebetsong tsa resin ea carbon fiber ho ntlafatsa matla a ho shear a interlaminar, conductivity ea mocheso, 'me ka mekhoa e meng, ts'ebetso ea motlakase. Thepa e etsa horemetsoako ea faeba ea khabone Ha e nke sebaka sa tsona.

Qeto:Graphene e matla ho feta carbon fiber ka mokhoa o hlakileng ho nanoscale. Ka tekanyo ea boenjiniere, ke enhancer - ea bohlokoa, empa ha e nke sebaka sa fiber ea sebopeho ka boeona. Leha ho le joalo.

2. Li-nanotube tsa Carbon — Mohanyetsi ea Haufi ka ho Fetisisa oa Khopolo-taba

Linomoro tse pampiring li thata ho phehisana ka tsona. Li-nanotube tsa carbon li na le matla a ho thaepa le ho tiea ho fetang fiber ea carbon e ntle ka ho fetisisa ea modulus ka margins a maholo hoo, haeba u ka haha ​​likarolo tsa sebopeho ho tsona ka tekanyo e kholo, liindasteri tsa lifofane le tsa lipapali tsa makoloi li ne li tla shebahala li fapane.

“Haeba” eo e se e ntse e le teng ka dilemo tse ka bang mashome a mararo.

Bothata ba mantlha ha se ho utloisisa thepa - bafuputsi ba tseba hantle hore na ke hobane'ng ha CNTs e sebetsa joalo ka ha li etsa, 'me fisiks e tiile. Bothata ke hore na carbon nanotube, ka tlhaloso, ke ntho ea nanometer-scale. Ho etsa hore libilione tsa tsona li lumellane ka lehlakoreng le le leng, li kopane ka mokhoa o lumellanang, 'me li thehe faeba e tsoelang pele ntle le liphoso tse heletsang thepa eo ea khopolo-taba ke phephetso ea tlhahiso e hanetseng boiteko bo bong le bo bong bo tebileng ba tharollo ea tekanyo ea indasteri. Lifaeba tsa CNT li teng libakeng tsa laboratori. Tse ling li ngotse lipalo tse khahlang litekong tse laoloang. Ha ho le e 'ngoe e kileng ea sebetsa ho feta faeba ea carbon ea modulus e phahameng ka ho fetisisa ho pholletsa le suite e felletseng ea thepa tlas'a maemo a bonts'ang lits'ebetso tsa 'nete tsa sebopeho.

Seo CNTs e se etsang hantle hona joale ke mosebetsi e le sehlomathiso — ho li qhalanya ka har'a resin matrix ea prepreg ea fiber ea carbon fiber ho ntlafatsa matla a ho shapa a interlaminar, ho sebetsana le e 'ngoe ea mekhoa e tsitsitseng ea ho hloleha ha metsoako ea fiber ea carbon. Ke monehelo oa 'nete, o thusang khoebong. Hase seo motho e mong le e mong a neng a se nahana ha lipatlisiso tsa CNT li qala ho hlahisa lihlooho tsa litaba lilemong tsa bo-1990.

Sekhutlo sa ho tsamaisa motlakase ke ts'ebeliso e 'ngoe e phelang: Li-CNT li ka etsa hore meaho e kopaneng e tsamaise motlakase ntle le kotlo ea boima ba meshes ea tšepe e kentsoeng, e leng ea bohlokoa bakeng sa tšireletso ea ho otloa ke lehalima lifofaneng le tšireletso ea motlakase ka har'a li-enclosure tsa elektroniki.

Qeto:Li-CNT ha se thepa e matla ho feta khabone-faeba eo u ka e hlalosang kajeno. Ke sesebelisoa sa ho ntlafatsa khabone-faeba se nang le thepa e ikhethang e ikemetseng, ha se so fumane mokhoa oa ho e hlahisa ka tekanyo ea boenjiniere. Hore na liphetoho tseo lilemong tse leshome tse tlang li tla itšetleha haholo ka saense ea thepa ho feta nts'etsopele ea ts'ebetso ea tlhahiso.

3. Li-nanotube tsa Boron Nitride — Moo Mocheso e leng Sera

Haeba graphene le CNTs e le bahlolisani ba sebopeho sa carbon fiber pampiring, li-nanotubes tsa boron nitride li sebetsana le bofokoli bo fapaneng ka ho felletseng: ho etsahala'ng ha mojaro o tla le mocheso o khomaretsoeng.

Li-BNNT li tšoana ka sebopeho le li-CNT — tubular, nanoscale — empa li hahiloe ka liathomo tsa boron le naetrojene tse fapanyetsanang ho fapana le carbon. Matla a tsona a ho tsikinyeha le ho tiea lia tšoana. Phapang ea bohlokoa ke botsitso ba mocheso: Li-BNNT li lula li sa senyeha ka sebopeho moeeng ho fihlela hoo e ka bang 900°C. Li-nanotubes tsa carbon lia oxida 'me li qala ho senyeha hoo e ka bang 400°C. Metsoako e tloaelehileng ea fiber ea carbon, ho latela matrix ea resin, e qala ho lahleheloa ke botšepehi ba sebopeho kae-kae pakeng tsa 120°C le 250°C tlas'a mojaro o tsitsitseng.

Bakeng sa likoloi tse nang le li-hypersonic, li-heat shield tse kenang hape, le likarolo tsa enjene ea jete ea moloko o latelang, sekheo seo sa mocheso ha se botlaaseng ba leqephe - ke bothata bohle ba moralo. Thepa e lahleheloang ke matla a eona ho 200°C ha se khetho bakeng sa karolo e bonang 800°C, ho sa tsotelehe hore na lipalo tsa eona tsa mocheso oa kamore li ntle hakae. BNNTs li ntse li ntlafatsoa ka mafolofolo bakeng sa lits'ebetso tsena hantle, leha li ntse li le teng haholo pele ho tlhahiso.

Qeto:Tšebelisong efe kapa efe moo mojaro oa sebopeho le mocheso o matla li kopanang, BNNTs li fana ka bokhoni boo fiber ea carbon - le thepa e tsoetseng pele haholo ea motsoako - li ke keng tsa bo bapisa. Moeli ke ho fumaneha, eseng ts'ebetso.

4. Lifaeba tsa Silicon Carbide — Tharollo ea Mocheso o Phahameng e Seng e Fofa

Leha BNNTs e ntse e le kgolo ya ntshetsopele, difaeba tsa silicon carbide tse tswelang pele di se di ntse di sebetsa dibakeng tseo faeba ya carbon e ka hlolehang ka ho feletseng.

Lifaeba tsa SiC li boloka thepa ea sebopeho mochesong o kaholimo ho 1,000°C, e leng se etsang hore li khonehe bakeng sa likarolo tse chesang tsa enjene ea jet, likarolo tsa turbine, le li-exchange tsa mocheso oa sefofane - lits'ebetso moo faeba ea carbon e seng teng moqoqong. Li boetse li sebetsana le bothata ba matla a khatello ea faeba ea carbon: e 'ngoe ea mefokolo ea faeba ea carbon e sa buisanoeng haholo ke hore matla a eona a khatello a ka tlase haholo ho matla a eona a ho hula, e leng sephetho sa hore na lifaeba ka bomong li arabela joang ho microbuckling tlas'a khatello ea axial. Lifaeba tsa SiC ha li na asymmetry eo ka tekanyo e tšoanang.

Lithibelo tse sebetsang ke litšenyehelo le ho sebetsa habonolo. Li-composite tsa faeba ea SiC li hloka litsamaiso tsa matrix tsa ceramic ho fapana le li-matrices tsa polymer tse sebelisoang ka faeba ea carbon, e leng se bolelang lisebelisoa tse fapaneng, mocheso o fapaneng oa ts'ebetso, le litšenyehelo tse phahameng ka karolo. Li nka sebaka se senyenyane sa ts'ebeliso ka mabaka ao.

Qeto:Bakeng sa botsitso ba sebopeho tlas'a maemo a feteletseng a mocheso le a senyang, likhoele tsa SiC li feta khoele ea khabone ka litsela tse sa atameleng. Moo enfelopo ea mocheso e laolang khoele ea khabone ho tsoa, ​​khoele ea SiC hangata ke karabo ea boenjiniere - 'me ho fapana le lisebelisoa tse ngata lethathamong lena, ke karabo e seng e ntse e le teng ka har'a lisebelisoa tsa tlhahiso.

5. Lifaeba tsa UHMWPE (Dyneema, Spectra) — Ha ho Tiea ho Hlōla ho Tiea

Faeba ea k'habone ha e hlolehe ka bokhabane. Ha e tsamaya, e tsamaya kaofela ka nako e le nngwe - ho robeha ka tshohanyetso, ha ho temoso, ha ho na phetoho e tla o ntsha tseleng. Ho robeha hoo ke phetoho eo o e amohelang ka lebaka la ho thatafala ha yona ho sa tlwaelehang le matla a itseng, mme meahong ya difofane kapa difofaneng tse mathang, ke phetoho e utlwahalang ka boenjiniere.

Dyneema le Spectra li sebetsa fisiks e fapaneng ka ho felletseng. Ka bobeli ke likhoele tsa UHMWPE — Ultra-High-Molecular-Weight Polyethylene — 'me seo li ikhethang ho sona ke ho monya matla ho e-na le ho hanela ho fetoha ha lintho. Ho monya matla ha tsona ka yuniti ho ipapisitse le boima ba tsona bo ikhethang ke har'a likhoele tse phahameng ka ho fetisisa tsa sebopeho. Phanele e hahiloeng ka Dyneema ha e robehe ha ho hong ho e otla ka thata; e otlolla, e aba mojaro, 'me e qhalanya tšusumetso ho pholletsa le thepa. Boitšoaro boo ke sona seo u se batlang ha bothata ba moralo e le ho emisa kulo kapa lehare ho e-na le ho tšoara lepheo ka sebopeho.

Ho na le litšobotsi tse ling tse lokelang ho hlokomeloa: Lifaeba tsa UHMWPE li phaphamala ka metsing, e leng tsa bohlokoa bakeng sa lithapo tsa leoatleng le lithapo tsa ho khomaretsa lebōpong la leoatle moo boima bo kopanang ka lik'hilomithara tse ngata tsa cable. Li mamella hantle khahlanong le ho khoptjoa le ho pepesehela lik'hemik'hale tse ngata. 'Me ho fapana le hoo, ho fapana le ho khoptjoa.metsoako ea faeba ea khabone, li tenyetseha ka ho lekaneng hore li lohuoe ka ho toba liatlana tse sa sehiloeng, lihlomo tsa 'mele le masela a sireletsang — ha li na hlobo, ha li na autoclave, ha li na resin.

Sekgeo sa ho tiea ke sa nnete. Modulus ya elastic ya UHMWPE e tlase haholo ho feta ya faeba ya khabone, e leng se e thibelang bakeng sa ditshebediso tsa sebopeho moo ho kgeloha tlasa mojaro e leng thibelo e laolang. Ha ho motho ya hahang di-spar tsa difofane ho tswa ho Dyneema.

Empa hlalosa potso ka tsela e fapaneng - ke eng e matla ho feta khabone faeba ha mojaro o le kinetic, eseng o sa fetoheng? - mme UHMWPE e hlola hodima tekanyo e laolang moralo. Ke sebaka se fapaneng sa tshebetso, eseng se senyenyane.

Qeto:Bakeng sa ho hanyetsa le ho tiea ha matla, faeba ea UHMWPE e feta metsoako ea faeba ea carbon ka litsela tse ka lekanngoang, tse hlalosang ts'ebeliso. Thepa e bobebe e matla ka ho fetisisa bakeng sa tšireletso ea ballistic ha se e thata ka ho fetisisa - ke eona e monyang matla a mangata pele e hloleha.

6. Metswako ya Matrix ya Tshepe — Ho Kopanya Matlotlo a Tshepe le a Motswako

Ho na le bothata ba sehlopha sa boenjiniere boometsoako ea faeba ea khaboneHo sebetsana hampe le litšepe tse hloekileng ho theko e boima, 'me li-MMC li teng ka lebaka la hona.

Nka bracket ea sathelaete e hlokang ho ba bobebe, e tsitsitseng ka tekanyo ho pholletsa le ho sisinyeha ha mocheso oa 300°C ha o potoloha, e tsamaisang motlakase bakeng sa ho thella, 'me e tiile hoo e sa tenyetseheng tlas'a meroalo ea ho thothomela. Karolo ea faeba ea carbon ea polymer-matrix e akaretsa mohlomong tse peli tsa litlhoko tseo. aluminium MMC - tšepe e matlafalitsoeng ka likaroloana tsa silicon carbide - e ka koahela tsohle tse 'ne. E ke ke ea hlola tlholisano ea boima khahlanong leCFRPHo tiea ho totobetseng, empa ho itseng ho ntlafala ka tsela e utloahalang ho feta aluminium e sa matlafatsoang, 'me ha ho hloke mekhoa ea ho rarolla mathata bakeng sa boitšoaro ba mocheso le motlakase boo metsoako ea polymer e loantšanang le bona.

Li-rotor tsa li-brake tsa likoloi ke mohlala o hloekileng. Mosebetsi ke ho monya le ho qhala mocheso o mongata tlas'a ho brake ho boima khafetsa ha o ntse o hanela ho tsofala le ho boloka botšepehi ba litekanyo. Li-composite tsa carbon fiber li sebelisoa ts'ebelisong ena karolong e ka holimo ea lipapali tsa likoloi, empa li hloka mocheso oa ts'ebetso hore li lule ka har'a lebanta le lesesaane 'me li bitsa chelete e ngata ho li nkela sebaka. Li-MMC tsa aluminium tse matlafalitsoeng ka silicon carbide li sebetsana le mocheso o pharaletseng, li mamella tšebeliso e mpe haholo, 'me li bitsa chelete e nyane ka potoloho ea ts'ebeletso bakeng sa lits'ebetso tsa litsela moo linako tsa ho nkela sebaka li lokelang ho ba tse sebetsang.

Ntlha ea matla a khatello e lokela ho hlakisoa ka ho hlaka: matla a khatello a fiber ea carbon a tlase haholo ho feta matla a eona a ho thaepa - phello ea kamoo likhoele li arabelang kateng ho microbuckling. Li-MMC ha li na asymmetry eo. Bakeng sa likarolo tse jarollotsoeng haholo-holo ka har'a khatello - libaka tsa ho jara, li-node tsa sebopeho tlas'a mojaro oa axial, hardware ea ho kenya - seo se bohlokoa ho feta linomoro tsa hlooho ea khatello.

Qeto:Li-MMC ha li ntlafatse khabone ka matla a itseng a ho thapolla. Li ntlafatse ka ho kopanya mocheso, matla a ho hatella, boitšoaro ba motlakase, le ho tiea ha tšusumetso tseo lits'ebetso tse ling li li hlokang ka nako e le 'ngoe. Ha moralo o hloka thepa e sebetsang joaloka tšepe empa e sebetsa haufi le motsoako o tsoetseng pele, li-MMC li tlatsa lekhalo leo khabone e neng e sa etsoa bakeng sa lona.

Hobaneng ha Carbon Fiber e ntse e Hlōla Boholo ba Nako

Ha ho le e 'ngoe ea tse boletsoeng ka holimo e leng khang ea horefaeba ea khaboneha e sa sebetsa. Ho tsoela pele ha eona ho busa lits'ebetsong tsa sebopeho tse sebetsang hantle ho bonts'a melemo ea 'nete eo ho seng mohlodisani le ea mong ea e koaletseng.

Tikoloho ea tlhahiso ke karolo eo hangata e sa boleloeng. Metswako ea faeba ea khabone e rua molemo ho tsoa ho ntlafatso ea ts'ebetso ea mashome a lilemo - mekhoa ea ho betla, lipotoloho tsa autoclave, mekhoa ea tlhahlobo e sa senyeheng, liprothokholi tsa tokiso, li-database tse lumelletsoeng tsa moralo, liketane tsa phepelo tse netefalitsoeng. Moenjiniere ea hlalosang karolo ea motswako oa faeba ea khabone ka 2025 o na le phihlello ea lisebelisoa tsa ketsiso, lilaebrari tsa mokhoa oa ho hloleha, le lits'ebetso tsa mangolo a bafani tse seng li ntse li le teng bakeng sa boholo ba lisebelisoa tse lethathamong lena. Tsebo eo ea setheo e na le boleng ba 'nete ba boenjiniere, 'me ha e fetisetsoe ka bo eona ho thepa e ncha ho sa tsotelehe hore na litlankane tsa liteko tsa thepa eo li shebahala li le ntle hakae.

Graphene le CNTs li tla ntlafala ka sebelemetsoako ea faeba ea khabonepele li li nkela sebaka. Lifaeba tsa SiC le BNNT li sebetsana le mathata a mocheso. Faeba ea carbon ha ea ka ea etsoa ho rarolla mathata. UHMWPE e sebetsana le bothata ba ho tiea lits'ebetsong tse nang le maemo a fapaneng ka ho feletseng a mojaro. Paterone e tsitsitse: ha ho le e 'ngoe ea thepa ena e hlōlang faeba ea carbon ka bophara. E 'ngoe le e 'ngoe e e otla mothating o itseng moo ho sekisetsa ha moralo oa faeba ea carbon ho etsahalang e le habohlokoa haholo.

Moo Tšimo e Lebileng Teng Ha e le Hantle

Potso e thusang haholo ha se hore na ke thepa efe e nkang sebakafaeba ea khabone — ke kamoo thepa ena e sebediswang mmoho kateng.

Diphanele tsa meaho tse nang le laminate ya mantlha ya faeba ya khabone, resin e ntlafaditsweng ka graphene bakeng sa ho tiea ha interlaminar, le matlafatso ya faeba ya SiC e fumanehang sebakeng seo dibakeng tse nang le mocheso o phahameng ha se tsa boikaketsi. Di ntse di ntlafala ka mafolofolo mananeong a maholo a difofane. Kgopolo ena - dikompositi tsa maemo a hodimo, kapa ditsamaiso tsa thepa tse entsweng ka dikala tse ngata ka nako e le nngwe - e emela phetoho ya nnete ya kamoo thepa ya meaho e hlaloswang kateng. Ho ena le ho kgetha thepa e le nngwe e ntle ka ho fetisisa bakeng sa karolo, baenjiniere ba qala ho rala metswako ya thepa e ikgethileng ho latela maemo a itseng a mojaro, di-gradients tsa mocheso, le mekgwa ya ho hloleha eo karolo e tla e bona ha e ntse e sebetsa.

Moralo oa tlholisano - graphene khahlanong le carbon fiber, CNTs khahlanong le carbon fiber - o fosa tsela eo theknoloji e tsamaeang ka eona. Karabo ea "se matla ho feta carbon fiber" e ntse e eketseha: motsoako o nang le carbon fiber e le o mong oa mekhahlelo e 'maloa ea matlafatso, e 'ngoe le e 'ngoe e tlatsetsa moo e sebetsang hantle ka ho fetisisa.

Kakaretso

Faeba ea k'habone ha se thepa e matla ka ho fetisisa. Ke thepa e matla ka ho fetisisa e sebetsang ho pholletsa le mefuta e mengata ea lits'ebetso tsa sebopeho - 'me seo ke sehlooho se thata ho se tlosa ho feta tekanyo efe kapa efe ea ts'ebetso.