La Fuerza Aérea está probando materiales producidos a través de la fabricación de aditivos cerámicos para avanzar en su posible uso futuro en vehículos de vuelo hipersónicos.

Científicos de la Dirección de Sistemas Aeroespaciales del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea firmaron recientemente un Acuerdo de Transferencia de Material e Investigación Cooperativa con Laboratorios HRL para probar materiales de oxicarburo de silicio (SiOC) fabricados aditivamente. con la naturaleza refractaria de la cerámica tiene un enorme potencial para una variedad de aplicaciones futuras de la Fuerza Aérea. Una de esas posibles aplicaciones es el vuelo hipersónico, que expone los materiales a entornos extremos, incluidas altas temperaturas.

El potencial de los materiales producidos por HRL para aplicaciones exigentes de la Fuerza Aérea se hizo evidente mientras los científicos de la Dirección de Sistemas Aeroespaciales buscaban nuevos escudos de radiación de termopar. Los materiales de SiOC se produjeron mediante un proceso de fabricación aditiva utilizando una resina precerámica. Después de la fabricación de la pieza, la resina precerámica se trató térmicamente para convertir el componente a un estado completamente cerámico. Los científicos de AFRL se interesaron en el novedoso proceso de HRL aprovechando las capacidades de impresión 3D de última generación y la química de la resina precerámica, así como el posible rendimiento de los materiales de SiOC finales a altas temperaturas.

"Si un material puede soportar esas temperaturas, aproximadamente 3, 200 grados Fahrenheit:podría usarse para componentes de motores de aviones hipersónicos, como puntales o portafuego, "dijo Jamie Szmodis, ingeniero de investigación hipersónico de la Dirección de Sistemas Aeroespaciales.

El vuelo hipersónico es un área de estudio convincente para la industria aeroespacial internacional y de EE. UU. Los aviones actuales vuelan a velocidades supersónicas, más de 768 millas por hora, o MACH 1. Si se logra, lucha hipersónica, es decir, velocidades superiores a Mach 5, permitiría tiempos de respuesta militar mucho más rápidos, armas más avanzadas y tiempos de viaje drásticamente reducidos para los sectores militar y comercial con velocidades superiores a 4, 000 millas por hora.

El CRADA-MTA, un tipo de acuerdo de transferencia de tecnología que permite la transferencia de materiales para pruebas, fue fundamental para facilitar una relación de trabajo entre AFRL y HRL para probar el material.

"Sin el acuerdo de transferencia de material, habríamos comprado las muestras para probarlas. Hubiéramos sido un cliente, a diferencia de un colaborador, ", dijo Szmodis." Con el acuerdo, podemos proporcionar los resultados de las pruebas a HRL y proporcionar comentarios que sean valiosos para ambas partes ".

Según el acuerdo, la dirección recibió 5 escudos de radiación de termopar y 15 cilindros de muestra fabricados con resina de SiOC. Para realizar las pruebas, Szmodis estableció un pequeño equipo de científicos de múltiples direcciones y especialidades. Científicos de la Dirección de Materiales y Fabricación de AFRL, División de Materiales Estructurales, Rama compuesta, dirigido por el Dr. Matthew Dickerson, Realicé análisis de materiales y tratamientos térmicos. La Dirección de Sistemas Aeroespaciales, División de vehículos aeroespaciales, Científicos de la rama de validación estructural, dirigido por Bryan Eubanks, realizó un análisis mecánico que se centró en el análisis de expansión térmica a temperaturas que oscilan entre 500 y 3, 500 grados Fahrenheit. Adicionalmente, Los científicos de la Instalación de Investigación de Propulsión del Complejo de Desarrollo de Ingeniería de Arnold realizaron un análisis de las características del material en una instalación de prueba de instrumentación de alta entalpía.

En marzo se completó un informe final de los resultados y se entregó a HRL. Durante el curso de su estudio colaborativo, AFRL y HRL llevaron los componentes fabricados de forma aditiva mucho más allá de su diseño. Los datos que surgieron de estas pruebas extremas proporcionaron a los socios información valiosa que actualmente se utiliza para orientar la producción de cerámica fabricada aditivamente de próxima generación. Estas recomendaciones y los avances adicionales de HRL tienen el potencial de producir materiales que puedan cumplir con los requisitos hipersónicos.

"Las pruebas de temperatura extrema que realizó AFRL revelaron los límites de nuestro nuevo material y nos desafiaron a mejorarlo, "dijo el Dr. Tobias Schaedler, un científico senior de HRL.