توصيف المسامية والتدهور الميكانيكي المرتبط بمعالجات الحرارة لمركبات الكربون الفينولية القابلة للاستهلاك

الملخص: تستخدم أنظمة الحماية الحرارية (TPS) في التطبيقات الفضائية عادة مركبات الكربون الفينولية والسليكا الفينولية كمواد قابلة للاستهلاك. تحدث خلال ذلك عمليات تحلل حراري، وانبعاث غازات، وإنتاج الفحم مع زيادة في المسامية داخل المصفوفة القابلة للاستهلاك، مما يغير الخصائص الحرارية والميكانيكية. لذلك، يتم دراسة المسامية الناتجة عن المعالجة الحرارية في مركبات الكربون الفينولية في هذه الدراسة. تعرضت العينات لمعالجات حرارية محكمة عند درجات حرارة 500، 700، و950 كلفن. بناءً على ذلك، تم فحص المسامية المتولدة ومقارنتها بالمواد الأصلية عند درجة حرارة الغرفة (RT = 300 كلفن). استخدم التصوير المقطعي المجهري بالأشعة السينية من السنكروترون (S-micro-CT) كتقنية غير مدمرة وعالية الدقة ذات حجم بكسل في نطاق الميكرومتر لالتقاط البُنى الدقيقة من حيث تفرق المسام، الألياف والمصفوفة. هذا المستوى من الدقة يجعل التقنية جذابة جداً لتصوير المسامية في المواد القابلة للاستهلاك المستخدمة في مركبات إعادة الدخول إلى الفضاء. تم إجراء إعادة بناء ثلاثي الأبعاد وتحليل لصور S-micro-CT لتحديد معلمات المسامية، مثل المسامية الكلية وتوزيع حجم المسام، كدالة لمعالجة الحرارة. أظهرت النتائج زيادة تدريجية في المسامية (من 0.01% إلى 0.6692%) مع ارتفاع درجة الحرارة لتعرض مدته 20 ثانية. بينما يؤدي الارتفاع في المسامية إلى انخفاض في القوة بنسبة 3.5% حتى 700 كلفن، لوحظ انخفاض أكبر بكثير في القوة بنسبة 62.3% عند 950 كلفن، وهو أعلى من درجة حرارة انتقال الزجاج. بالتالي، تؤكد النتائج أن S-micro-CT أداة موثوقة وكمية لتوصيف المواد القابلة للاستهلاك، مما يسمح بإيجاد علاقة مباشرة بين تطور المسامية وتدهور قوة المادة الميكانيكي الحراري.