MATECH ने अति-उच्च-घनत्व कार्बन/कार्बन मिश्रित सामग्री विकसित की है।
MATECH की नवीनतम घोषणा के अनुसार, कंपनी ने सफलतापूर्वक अल्ट्रा-हाई-डेंसिटी कार्बन फाइबर-प्रबलित कार्बन-आधारित (C/C) कंपोजिट विकसित किया है। यह सफल तकनीक मौजूदा सी/सी सामग्रियों की तुलना में सी/सी कंपोजिट के एब्लेटिव और ऑक्सीकरण प्रतिरोध को 20 गुना बढ़ा देती है, जिससे वे उच्च गति वाली मिसाइलों और बैलिस्टिक रीएंट्री नाक शंकु और अग्रणी किनारों जैसे मांग वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हो जाते हैं।
MATECH 23 जनवरी, 2024 को सेंट ऑगस्टीन, फ्लोरिडा, संयुक्त राज्य अमेरिका में आयोजित 47वें समग्र सामग्री, सामग्री और संरचना (CMS) सम्मेलन में आधिकारिक तौर पर इस पेटेंट विकास परियोजना का अनावरण करेगा। MATECH की फील्ड-असिस्टेड सिंटरिंग टेक्नोलॉजी (FAST) इसे सक्षम बनाती है। अभूतपूर्व उच्च घनत्व के साथ घने सी/सी कंपोजिट का उत्पादन।
इस नई प्रक्रिया को नियोजित करके, MATECH ने C/C कंपोजिट के लिए 2.20 ग्राम/सेमी3 से अधिक का थोक घनत्व हासिल किया है, जो ग्रेफाइट के पूर्ण सैद्धांतिक घनत्व (2.26 ग्राम/सेमी3) के बहुत करीब है। इसके अतिरिक्त, फ्रैक्चर के दौरान महत्वपूर्ण मात्रा में फाइबर का बाहर निकलना देखा गया। फास्ट कार्बन-कार्बन कंपोजिट को उच्च गति वाली मिसाइलों के नाक शंकु और अग्रणी किनारों तक आसानी से बढ़ाया जा सकता है। इसके अलावा, यह प्रक्रिया सुरक्षित, लागत प्रभावी और अपेक्षाकृत सरल है। यह पेटेंट प्रौद्योगिकी (यूएस पेटेंट 10464849 और 10774007) SiC/SiC और C/SiC CMCs के तेजी से घनत्व में MATECH के पिछले काम का विस्तार करती है।
उच्च-घनत्व सी/सी कंपोजिट का उपयोग शुरू में 1960 और 1970 के दशक में बैलिस्टिक रीएंट्री नाक शंकु के लिए किया गया था। गर्म आइसोस्टैटिक दबाव और संसेचन कार्बोनाइजेशन प्रक्रियाओं के माध्यम से प्राप्त उच्च घनत्व कार्बन ने घने मोनोलिथिक ग्रेफाइट को प्रतिस्थापित कर दिया। हालाँकि, ये प्रक्रियाएँ कुछ जोखिमों, उच्च लागतों और तकनीकी कठिनाइयों से जुड़ी थीं। इसके अलावा, पिछली प्रक्रियाओं में आम तौर पर 1.95 ग्राम/सेमी3 के अधिकतम थोक घनत्व के साथ सी/सी कंपोजिट का उत्पादन होता था, और किसी अन्य प्रक्रिया ने कार्बन-कार्बन कंपोजिट के घनत्व में उल्लेखनीय वृद्धि नहीं की।
उच्च-घनत्व सम्मिश्रण के लिए पेटेंट प्रौद्योगिकी
MATECH का मुख्यालय कैलिफोर्निया, संयुक्त राज्य अमेरिका में है, इसकी स्थापना 1989 में डॉ. एड पोप द्वारा की गई थी। पोप के अनुसार, कंपनी अधिक कुशल टरबाइन इंजन के लिए 2700 डिग्री एफ सिरेमिक मैट्रिक्स कंपोजिट (सीएमसी) को आगे बढ़ाने पर काम कर रही है। हालाँकि, मुख्य दृष्टिकोण सीएमसी के साथ 40-50% घनत्व पर शुरू करना और फील्ड-असिस्टेड सिंटरिंग टेक्नोलॉजी (एफएएसटी) का उपयोग करना है, जिसके परिणामस्वरूप घनत्व 100% से दूर है और फाइबर क्षति के कारण खराब प्रदर्शन होता है। इसलिए, कंपनी को शुरुआत से ही प्रीफॉर्म के साथ सघनीकरण की आवश्यकता का एहसास हुआ, जिससे सरंध्रता को कम करके 7-10% कर दिया गया। MATECH ने बाद में CMCs की वांछित ताकत और कठोरता के साथ, 10 मिनट से भी कम समय में 99.9% तक घनत्व के साथ घने SiC/SiC प्राप्त करने की क्षमता का प्रदर्शन किया।
MATECH की पेटेंट प्रक्रिया (शीर्ष) मानक फील्ड-असिस्टेड सिंटरिंग टेक्नोलॉजी (फास्ट) उपकरण (नीचे) का उपयोग करती है, जो मोल्ड के माध्यम से सीएमसी भागों में स्पंदित वर्तमान और दबाव लागू करती है, जूल हीटिंग के माध्यम से सामग्री प्रतिक्रियाशीलता और तापमान को बढ़ाती है।
इस प्रक्रिया की प्रभावशीलता को प्रदर्शित करने के लिए, MATECH ने डिस्क और आयताकार प्लेटों जैसी सरल ज्यामिति से शुरुआत की। अधिक जटिल ज्यामिति, जैसे कि चित्र में दिखाए गए एयरोस्पेस इंजन डबल ब्लेड, को ग्रेफाइट टूलींग का उपयोग करके फास्ट मोल्ड्स में उत्पादित किया जा सकता है, जो मूल रूप से प्रीप्रेग-इंटीग्रेटेड प्रेशर (पीआईपी) के लिए डिज़ाइन किया गया था लेकिन फास्ट घने घटकों को बनाने के लिए इसका उपयोग नहीं किया गया है। भागों को आकार देने के लिए तेज़ प्रक्रिया का समय, दबाव और तापमान समतल ज्यामिति के समान ही होता है। इस शोध के आधार पर, पोप ने दो पेटेंट प्राप्त किए: एक 2019 में प्रक्रिया के लिए और दूसरा 2020 में सामग्री संरचना के लिए।
MATECH के SiC/SiC और C/SiC CMCs का सघनीकरण 30 से 100 मेगापास्कल तक के दबाव का उपयोग करता है। यह FAST प्रसंस्करण में उपयोग की जाने वाली विशिष्ट श्रेणी है, जिसका वर्तमान स्तर नमूना आकार के आधार पर 2,500 से 10,{5}} एम्पीयर तक होता है। हालाँकि, करंट अपेक्षाकृत कम विस्फोटों में केंद्रित होता है, जो इसे पारंपरिक गर्म दबाव तकनीकों की तुलना में अधिक कुशल बनाता है। इसके अतिरिक्त, गर्मी बाहरी रूप से लागू होने के बजाय सामग्री के भीतर आंतरिक रूप से उत्पन्न होती है। करंट और मोल्ड दबाव का उपयोग करके, थर्मल ऊर्जा को प्रभावी ढंग से बढ़ाया जाता है, साथ ही कंपन ऊर्जा भी शुरू की जाती है, जिससे सामग्री अधिक प्रतिक्रियाशील हो जाती है।