Wright-Patterson空軍基地的研究人員正在尋求一種新穎的工藝專利，該工藝用于制造一種類型的材料，稱為陶瓷陶瓷接枝的納米顆?；?ldquo;毛狀納米顆粒”(HNP)。

HNP是一種雜化材料，由結(jié)合到固體納米顆粒核的聚合物殼組成。聚合物(一連串的重復分子)在納米顆粒周圍形成“頭發(fā)”，大約相當于小型病毒的大小。

盡管HNP已經(jīng)存在了很多年，但使這一點與眾不同的是附著在核心顆粒上的聚合物的類型。它是一種預陶瓷聚合物，是用于形成高性能陶瓷纖維和復合材料的一類特殊聚合物。

項目負責人Matthew Dickerson博士說：“我們工藝中使用的特殊聚合物使我們的工作與眾不同。” “研究人員過去曾制造過這種有毛的納米粒子，但他們使用的是聚苯乙烯等有機聚合物。我們的聚合物與眾不同;它是無機的，因為它含有硅。它有點像具有硅骨架的有機硅(填縫料)和氧重復，但我們的骨干有硅和碳重復。”

陶瓷材料和加工研究團隊的成員，從左至右：克里斯蒂娜·湯普森女士，代頓街博士，卡拉·馬丁博士和馬修·迪克森博士。圖片來源：美國空軍合影/ Karen Schlesinger

這種硅和碳的化學性質(zhì)使聚合物在加熱到高溫時可以轉(zhuǎn)變?yōu)樘蓟杼沾伞?/p>

這種特殊工藝產(chǎn)生的HNP將用于制造由陶瓷復合材料制成的飛機零件。迪克森說：“陶瓷復合材料用于美國空軍的高溫應用，其受益于密度低于金屬的材料，包括噴氣發(fā)動機和高超音速車輛部件。” “我們針對這些類型的應用設(shè)想了我們合成的HNP。”

但是，這種特殊的雜化材料并不是通過簡單地將聚合物和納米顆?；旌显谝黄鸩⑾Ｍ_到最佳效果而制成的。迪克森說：“簡單的混合物會產(chǎn)生類似膩子或脆性的混合物，但是最終我們得到的混合材料卻像糖蜜一樣流動，因此它更容易流入多孔陶瓷中。”

在陶瓷基復合材料的制造過程中，用于將陶瓷纖維粘合在一起的材料會大大收縮。這種收縮導致必須重新填充或滲透的裂縫和空隙。由HNP制成的混合材料最重要的要求之一是，它必須易于流動，以便能夠滲入這些空隙。

使用當前的最新工藝，陶瓷必須經(jīng)歷幾次滲透(六到十次)滲透才能達到所需的密度。專利申請以及最近在《材料化學》上發(fā)表的一篇論文中描述的新方法所產(chǎn)生的材料可以潛在地將滲透循環(huán)次數(shù)減少約一半，從而實現(xiàn)更具成本效益，更快的生產(chǎn)速度。生產(chǎn)組件。

即使陶瓷復合材料具有比常規(guī)金屬部件更高的高溫性能，降低其成本仍是使其能夠在要求苛刻的空軍應用中廣泛使用的關(guān)鍵。

該項目由空軍科研辦公室資助。AFOSR計劃官Pan Ming-Jen Pan博士說：“這項研究是陶瓷納米復合材料合成的一項重大技術(shù)進步。它為混合材料的納米結(jié)構(gòu)提供了前所未有的控制。我為這一發(fā)現(xiàn)為未來復合材料的設(shè)計和加工帶來的可能性感到興奮。”

收到了額外的資金，以研究材料的化學性質(zhì)如何決定其性能。

迪克森說：“這是一個困難的項目?；藢⒔甑臅r間才把它做好。” 他說：“對于卡拉來說，這是一次真正的勝利。”他指的是研究科學家卡拉·馬丁博士。“開發(fā)化學合成程序以制造這些顆粒是非常困難的。她的新想法和堅韌使她能夠看到該項目取得成功。”