Соль и немного магии: ученые нашли дешевый способ сделать карбон огнеупорным

Обладая невероятной легкостью, жесткостью и прочностью, углеродное волокно имеет много преимуществ, но даже у таких замечательных материалов есть свои недостатки. Ученые пытались решить проблему воспламенения углеродного волокна к при высоких температурах, и международная группа исследователей нашла недорогое и масштабируемое решение в виде защитного покрытия из обычной поваренной соли.

Об этом сообщает издание Proceedings of the National Academy of Sciences.

Углепластик обладает высокой термостойкостью и способен сохранять стабильность при температуре до 800 °C. Это делает его незаменимым при конструировании любых видов электротранспорта, производстве медицинского оборудования и смарт-техники. Однако проблемы могут возникнуть в случае воздействия экстремальных температур (например, в аэрокосмической промышленности). В таких условиях карбон вступает в реакцию с кислородом и горит, в результате чего его структура быстро разрушается.

"Одним из недостатков углеродных волокон является то, что они легко сгорают, если у вас достаточно высокая температура и кислород в больших количествах", — говорит Юнфэн Лу, возглавлявший команду, состоящую из исследователей из Университета Небраски-Линкольна и Французского института химии конденсированных сред (Бордо). "Если бы мы могли сделать их огнеупорными, это было бы здорово".

Ученые и раньше занимались разработкой более огнестойких форм углеродного волокна, но для этого требовалось дорогостоящее оборудование. Авторы данного исследования придумали простое и дешевое решение, в основе которого — расплавленная соль.

Процесс плавления происходит при температуре 982°C. После того, как кристаллы соли превращаются в жидкость, в смесь добавляют порошки титана и хрома, прежде чем в качестве последнего штриха будут добавлены углеродные волокна. Вступая в реакцию, все выше перечисленные компоненты образуют защитное покрытие из трех слоев.

Характеристики защитного материала были оценены в ходе экспериментов, когда карбон поджигали кислородно-ацетиленовой горелкой (1200°C) и при этом углеродные волокна успешно сохраняли свою структуру. Ученые обнаружили, что тройное покрытие, состоящее из карбида хрома и карбида титана, обеспечивает большую защиту, чем однослойное.

"Мы пытаемся добавить поверхностные слои, которые могут отделить углеродные волокна от кислорода, чтобы даже при высоких температурах они не сгорели", — говорит Лу. "Углепластик используются в авиа- и автопроме, с области строительства, производства разного рода электроники, поэтому данный материал должен быть максимально безопасным. Но если он будет легковоспламеняющимся, это создаст огромные риски и сильно ограничит его применения".

Ученые считают, что их метод защиты карбона достаточно хорош. В будущем они намерены выяснить, насколько огнестойкими являются углеродные волокна с покрытием по сравнению с обычными, и как долго они сохраняют свою структуру и свойства в экстремальных условиях.