p A Força Aérea está testando materiais produzidos por meio da manufatura de aditivos de cerâmica para promover seu uso futuro em potencial em veículos de vôo hipersônicos. p Cientistas da Diretoria de Sistemas Aeroespaciais do Laboratório de Pesquisa da Força Aérea recentemente firmaram um Acordo Cooperativo de Pesquisa e Desenvolvimento - Transferência de Material com os Laboratórios HRL para testar materiais de oxicarbeto de silício (SiOC) manufaturados aditivamente. A complexidade geométrica dos componentes que podem ser produzidos por meio da manufatura aditiva em conjunto com a natureza refratária da cerâmica possui um enorme potencial para uma variedade de futuras aplicações da Força Aérea. Uma dessas aplicações possíveis é o vôo hipersônico, que expõe os materiais a ambientes extremos, incluindo altas temperaturas.

p O potencial dos materiais produzidos pelo HRL para aplicações exigentes da Força Aérea tornou-se aparente enquanto os cientistas do Diretório de Sistemas Aeroespaciais procuravam novos escudos de radiação termopar. Os materiais SiOC foram produzidos através de um processo de manufatura aditiva utilizando uma resina pré-cerâmica. Após a fabricação da peça, a resina pré-cerâmica foi tratada termicamente para converter o componente em um estado totalmente cerâmico. Os cientistas do AFRL ficaram interessados ​​no novo processo da HRL, aproveitando as vantagens dos recursos de impressão 3-D de última geração e da química da resina pré-cerâmica, bem como o possível desempenho dos materiais SiOC finais em altas temperaturas.

p "Se um material pode suportar essas temperaturas - cerca de 3, 200 graus Fahrenheit - pode ser usado para componentes de motores de aeronaves hipersônicas, como suportes ou suportes de chama, "disse Jamie Szmodis, um engenheiro de pesquisa hipersônico da Diretoria de Sistemas Aeroespaciais.

p O vôo hipersônico é uma área de estudo atraente para a indústria aeroespacial dos EUA e internacional. As aeronaves atuais voam em velocidades supersônicas, mais de 768 milhas por hora, ou MACH 1. Se alcançado, luta hipersônica, ou seja, velocidades superiores a Mach 5, permitiria tempos de resposta militar muito mais rápidos, armas mais avançadas e tempos de viagem drasticamente reduzidos para os setores militar e comercial com velocidades acima de 4, 000 milhas por hora.

p O CRADA-MTA, um tipo de contrato de transferência de tecnologia que permite a transferência de materiais para testes, foi fundamental para facilitar uma relação de trabalho entre AFRL e HRL para testar o material.

p "Sem o acordo de transferência de material, teríamos comprado as amostras para testá-las. Teríamos sido um cliente, ao contrário de um colaborador, "disse Szmodis." Com o acordo, podemos fornecer resultados de testes ao HRL e fornecer feedback valioso para ambas as partes. "

p Pelo acordo, a diretoria recebeu 5 protetores de radiação termopar e 15 cilindros de amostra fabricados com resina SiOC. Para realizar os testes, Szmodis estabeleceu uma pequena equipe de cientistas de várias diretorias e especialidades. Cientistas da Diretoria de Materiais e Fabricação do AFRL, Divisão de Materiais Estruturais, Ramificação composta, liderado pelo Dr. Matthew Dickerson, conduziu análises de materiais e tratamentos térmicos. A Diretoria de Sistemas Aeroespaciais, Divisão de Veículos Aeroespaciais, Cientistas do ramo de validação estrutural, liderado por Bryan Eubanks, realizou análise mecânica com foco na análise de expansão térmica em temperaturas que variam de 500 - 3, 500 graus Fahrenheit. Adicionalmente, cientistas do Centro de Pesquisa de Propulsão do Arnold Engineering Development Complex realizaram análises das características do material em um laboratório de teste de instrumentação de alta entalpia.

p Um relatório final dos resultados foi concluído em março e entregue ao HRL. Durante o curso de seu estudo colaborativo, AFRL e HRL empurraram os componentes fabricados aditivamente muito além de seu envelope de design. Os dados que emergiram desses testes extremos forneceram aos parceiros informações valiosas que estão sendo utilizadas atualmente para orientar a produção de cerâmicas manufaturadas aditivamente de última geração. Essas recomendações e outros avanços do HRL têm o potencial de produzir materiais que podem atender aos requisitos hipersônicos.

p "O teste de temperatura extrema que o AFRL realizou revelou os limites do nosso novo material e nos desafiou a melhorá-lo, "disse o Dr. Tobias Schaedler, um cientista sênior do HRL.