L'Air Force sta testando i materiali prodotti attraverso la produzione di additivi ceramici per far avanzare il loro potenziale uso futuro nei veicoli di volo ipersonici.

Gli scienziati della direzione dei sistemi aerospaziali del laboratorio di ricerca dell'aeronautica hanno recentemente stipulato un accordo cooperativo di ricerca e sviluppo - trasferimento di materiale con i laboratori HRL per testare materiali di ossicarburo di silicio (SiOC) prodotti in modo additivo. La complessità geometrica dei componenti che possono essere prodotti attraverso la produzione additiva in combinazione con la natura refrattaria della ceramica ha un enorme potenziale per una varietà di future applicazioni dell'aeronautica. Una di queste possibili applicazioni è il volo ipersonico, che espone i materiali ad ambienti estremi, comprese le alte temperature.

Il potenziale dei materiali prodotti da HRL per applicazioni impegnative dell'aeronautica è diventato evidente mentre gli scienziati della direzione dei sistemi aerospaziali erano alla ricerca di nuovi scudi per le radiazioni a termocoppia. I materiali SiOC sono stati prodotti attraverso un processo di produzione additiva utilizzando una resina pre-ceramica. Dopo la fabbricazione della parte, la resina preceramica è stata trattata termicamente per convertire il componente in uno stato completamente ceramico. Gli scienziati dell'AFRL si sono interessati al nuovo processo di HRL sfruttando le funzionalità di stampa 3D all'avanguardia e la chimica della resina pre-ceramica, nonché le possibili prestazioni dei materiali SiOC finali alle alte temperature.

"Se un materiale può resistere a quelle temperature - circa 3, 200 gradi Fahrenheit:potrebbe essere utilizzato per componenti di motori aeronautici ipersonici come montanti o portafiamma, "ha detto Jamie Szmodis, un ingegnere di ricerca ipersonico con la direzione dei sistemi aerospaziali.

Il volo ipersonico è un'interessante area di studio per l'industria aerospaziale statunitense e internazionale. Gli attuali velivoli volano a velocità supersoniche, oltre 768 miglia orarie, o MACH 1. Se raggiunto, lotta ipersonica, cioè velocità superiori a Mach 5, consentirebbe tempi di risposta militare molto più rapidi, armi più avanzate e tempi di percorrenza drasticamente ridotti per i settori militare e commerciale con velocità superiori a 4, 000 miglia orarie.

Il CRADA-MTA, un tipo di accordo di trasferimento tecnologico che consente il trasferimento di materiali per il test, è stato determinante nel facilitare un rapporto di lavoro tra AFRL e HRL per testare il materiale.

"Senza il contratto di trasferimento del materiale, avremmo acquistato i campioni per testarli. saremmo stati clienti, al contrario di un collaboratore, " ha affermato Szmodis. "Con l'accordo siamo in grado di fornire i risultati dei test a HRL e fornire un feedback prezioso per entrambe le parti".

In base all'accordo, la direzione ha ricevuto 5 schermi contro le radiazioni di termocoppia e 15 cilindri campione realizzati con la resina SiOC. Per condurre le prove, Szmodis ha costituito un piccolo team di scienziati provenienti da più direzioni e specialità. Scienziati della direzione dei materiali e della produzione AFRL, Divisione Materiali Strutturali, Ramo composito, guidato dal dottor Matthew Dickerson, analisi dei materiali condotta e trattamenti termici. La Direzione dei Sistemi Aerospaziali, Divisione Veicoli Aerospaziali, Scienziati del ramo della convalida strutturale, guidato da Bryan Eubanks, ha eseguito analisi meccaniche concentrandosi sull'analisi dell'espansione termica a temperature comprese tra 500 e 3, 500 gradi Fahrenheit. Inoltre, gli scienziati della struttura di ricerca sulla propulsione dell'Arnold Engineering Development Complex hanno eseguito l'analisi delle caratteristiche del materiale in una struttura di prova per strumentazione ad alta entalpia.

Una relazione finale sui risultati è stata completata a marzo e consegnata a HRL. Nel corso del loro studio collaborativo, AFRL e HRL hanno spinto i componenti prodotti in modo additivo ben oltre il loro involucro di progettazione. I dati emersi da questo test estremo hanno fornito ai partner preziose informazioni che vengono attualmente utilizzate per guidare la produzione di ceramiche prodotte in modo additivo di prossima generazione. Queste raccomandazioni e ulteriori progressi di HRL hanno il potenziale per produrre materiali in grado di soddisfare i requisiti ipersonici.

"I test a temperature estreme eseguiti da AFRL hanno rivelato i limiti del nostro nuovo materiale e ci hanno sfidato a migliorarlo, " ha detto il dottor Tobias Schaedler, uno scienziato senior di HRL.