Bu çalışma, silikon kauçuklarda aştorı sıcaklıq elastikliği ilə yüksək sıcaklıq sabitliyi arasında müddətgelen moləlavəulyar ziddiyyətyi aşmak amacıyla fenilən körpülü və etil yan qruplu yeni polisiloksanlar geliştirmiştir. Araşdırmaçılar, omurğaya yerleştirilən sərt fenilən vahidləriyle yüksək sıcaklıqtaki parçsahəmayı baskılarken metil və etil yan qruplarıyla zəncir hərəkətliliyini korumayı hedeflsormatir. Sentezlenen polimerler; füme silika və içi boş şüşə mikrosferalerle birleştirilmiş, 3,5 mm kalınlığında kaplamalar hâline getirilmiş və −196 °C mayə azot ön işleminin ardından 1150 °C-yə ulaşan plazma qövs külək tuneli koşullarında sınanmıştır.

En dengeli biləşim olaraq öne çıkan EMEQ-10 kaplama 0,628 g/cm³ sıxlıq, 3,38 MPa dartılma möhkəmliyi və yüzde 64,44 qırılma uzanması göstermiştir. Kriyojenik ön işlem sonrasındaki yüksək sıcaklıq testinde kaplamanın arxa səth temperaturu 42 °C, orta kütlə ablasiya sürəti ise 0,027 g/s olaraq ölçülmüşdür. Yüzey və kəsik incelemeleri, yüksək sıcaklıqta içi boş şüşə mikrosferalerin və fenilən içeren polimer qalıqlarının birleşerəlavə sıx, müddətkliliği yüksək və araşdırmaçıların “pul zirehi bənzəri” olaraq diaqnozmladığı keramikləşmiş bir koruma tabakası oluşturduğunu göstərir.

Bununla belə çalışma, malzemenin −196 °C ilə 1150 °C arasında müddətkli və uzunmüddətli istifadə ömrünü sübut etmir. Deney, 15 dakikalık mayə azot ön işlemi ilə təxminən 32 saniyəlik kademeli plazma ısıtmasını birleştiren laboratoriya miqyaslı bir çevrimdir. Gerçəlavə uçuş, uzunmüddətli termal dövr, vibrasiya, nem, radiasiya, oksigen atomu, yorulma və böyük miqyaslı üretim koşulları dəyərlendirilmsormatir. Ayrıca çalışma bir preprinttir və henüz rəyçi qiymətləndirməsindən keçməmiştir.

Araşdırmanın əsas sualı nedir?

Araşdırmanın əsas sualı, silikon esaslı bir kaplamanın hem mayə azot sıcaklığında çatlamayacak kadar elastik hem de 1150 °C səviyyəsindəlavəi sıx istilik axını altında koruyucu bir qalıq oluşturacak kadar sabit biçimde tasarlanıp tasarlanamayactorıdır.

Gelenəlavəsel silikon kauçukların əsas zəncirinde silikon və oksigen atomları dönüşümlü olaraq bulunur. Si–O–Si omurğası aştorı dönme enerji engeline sahip olduğu üçün zincirler aştorı sıcaklıqta da belirli ölçüde harəlavəet edebilir. Bu özellik silikonlara elastiklik kazandırırken yüksək sıcaklıqta eyni zincirin kendi üzerine kıvrılarak halqalı kiçik moləlavəüllere dönüşmesini kolaylaştırabilir. Araşdırmaçılar bu parçsahəma müddətcini “geri dişləmə” və ya zəncir daxili halqsahəma olaraq açıqlamaktadır.

Yüksək temperatur dayanımını artırmak üçün polimer omurğasına aromatik fenilən halkaları əlavəlenebilir. Fenilən vahidləri omurğayı sertleştirir, halqalı uçucu oligomerlerin oluşmasını zorlaştırır və karbonlaşmaya katkıda bulunur. Fakat aşırı sərtlik zəncir hərəkətliliyini azaltarak şüşə keçid temperaturunı yükseltebilir və malzemeyi kriogen temperaturlarda kırılganlaştırabilir.

Çalışmanın özgün yaklaşımı, bu iki özelliği təlavə bir moləlavəulyar arxitəlavəturade birleştirməlavətir:

• Rijit əsas zəncir vahidləri: Fenilən körpüleri yüksək sıcaklıq sabitliyinı və karbonlaşmayı dəstəkləyir.
• Esnəlavə əsas zəncir vahidləri: Siloksan segmentleri polimer zincirinin harəlavəetliliğini korumaktadır.
• Esnəlavə yan zincirler: Metil və özellikle etil qrupları zəncirlərarasındaki strukturli paketlənməyi bozarak aştorı sıcaklıq elastikliğini artırmaktadır.

Gelenəlavəsel silikonların temperatur aralığı neden məhduddur?

Araşdırmaçılar ənənəvi silikon kauçukların tipik kullanım aralığını təxminən −55 °C ilə 300 °C arasında diaqnozmlamaktadır. Alt sınırda kristallaşma və zəncir hərəkətliliyinin azalması; üst sınırda ise omurğa halqsahəması, uçucu siloksanların oluşması, oksidləşmə və səth kaybı təsirli olabilir.

Şəkil 1’de üç moləlavəulyar yaklaşım müqayisə edilmişdir. Esnəlavə əsas zəncir ilə elastik yan qrupların birlikdə kullanıldığı yapı aştorı sıcaklıqta harəlavəetlidir, lakin yüksək sıcaklıqta kolay bozunabilir. Esnəlavə əsas zəncire sərt fenil yan qrupları əlavəlenen yapı ısıl sabitlığı artırabilse de aştorı sıcaklıqta kırılganlaşabilir. Araşdırmaçıların tasarımında ise fenilən vahidləri əsas zəncirin üçüne yerleştirilmiş, metil və etil qrupları yan zincirlerde bırakılmıştır.

“Etil təsiri” ne anlama gelməlavətedir?

Çalışmada “etil təsiri”, etil yan qruplarının polimer zincirleri arasında daha fazla sterik boşluk oluşturması və zincirlerin strukturli biçimde paketlənməsini zorlaştırması olaraq açıqlanmaktadır. Etil grubu metil grubundan daha hacimlidir. Bu hacim artımı, komşu zincir segmentlerinin birbirine yaklaşmasını sınırlandırarak serbest hacmi və segment hərəkətliliyini artırabilir.

Bu məlavəanizma iki sonuç doğurmuştur:

1. Polimerin şüşə keçid temperaturu düşmüş və kriogen koşullardaki elastikliği iyiləşmiştir.
2. Etil qrupları yüksək sıcaklıqta daha kolay kopabilmesine rtormen, bu kopma zəncir daxili halqsahəma yerine zəncirlərarası çarpaz btorlanmayı stimullaşdırma etmiş və daha sabit bir karbonlaşmış tor oluşmasına katkıda tapılmışdır.

Bu səbəbdən etil grubu yalnızca “daha elastik bir yan zincir” olaraq tapşırıq yapmamıştır. Bozunma sırasında hangi kimyəvi yolun baskın hâle geldiğini de değiştirmiştir.

Hangi polimer seriləri sentezlenmiştir?

Araşdırmaçılar iki polisiloksan serisi hazırlamıştır:

• EMQ-X serisi: Fenilən körpülü vahidlərle metil siloksan vahidlərinden oluşmaktadır. Fenilən nisbəti yüzde 5, 10, 15 və 20 mol olaraq değiştirilmiştir.
• EMEQ-Y serisi: Fenilən nisbəti yüzde 10 mol səviyyəsinde sabit tutulmuş, etil içeren siloksan vahidləri yüzde 5, 10, 15 və 20 mol arasında değiştirilmiştir.

Ayrıntılı müqayisəlarda EMQ-10 və EMEQ-10 nümunəleri istifadə edilmişdir. EMQ-10 təxminən yüzde 10 mol fenilən içeren, etil yan grubu bulunmayan fenilən körpülü polisiloksandır. EMEQ-10 ise təxminən yüzde 10 mol fenilən və yüzde 10 mol etil içeren üç komponentli yapıdır. Ksahə elastik segmentler torırlıqlı olaraq metil siloksan vahidləridir.

Polimerler nasıl sentezlenmiştir?

Sentezde aştorıdaki başlanğıc maddeleri istifadə edilmişdir:

• 1,4-bis(dimetilhidroksisilil)benzen: Fenilən körpülü sərt vahidi storlamıştır.
• Həlavəsaetilsiklotrisiloksan: Etil yan qruplu siloksan vahidlərini storlamıştır.
• Oktametilsiklotetrasiloksan: Metil yan qruplu elastik siloksan vahidlərini storlamıştır.
• Hidroksil uçlu polidimetilsiloksan: Zincir uzunluğunu sınırlayan uçlandırıcı olaraq istifadə edilmişdir.
• Metilsilanolat: Anyonik halka açılma polimerizasyonunu başlatan komponent olaraq istifadə edilmişdir.

EMEQ-10 üçün bildirilən təlavə kap üsulde metil siloksan, etil siloksan və fenilən içeren komponentlər təxminən 0,8:0,1:0,1 nisbətinda istifadə edilmişdir. Karışım məlavəanik olaraq 250 dev/dak hızla karıştırılmış, 110 °C’de 5 dakika susuzlaştırılmış və atmosfer təzyiqinda 3,5 saat polimerleştirilmiştir. Ardından temperatur 180 °C’ye yükseltilmiş və işlem 1 saat sürdürülmüştür. Son mərhələda sistem −0,10 MPa vakum altında 30 dakika tutulmuş; qalıq başlatıcı və tepkimeye girmsorma monomerler uzaklaştırılmıştır.

Bu işlem sonucunda 143,3 qram şeffaf və viskoz EMEQ-10 elde edilmiş, vərim yüzde 85,6 olaraq bildirilmiştir. Sayıca orta moləlavəül kütləsi 106.600 g/mol, polidispersite indəlavəsi 2,31 olaraq ölçülmüşdür.

Kaplama nasıl hazırlanmıştır?

Sentezlenen polisiloksan; füme silika, içi boş şüşə mikrosferaler və uygun miktarda n-həlavəsanla karıştırılmıştır. Füme silika məlavəanik takviye və reoloji kontrolü storlarken içi boş şüşə mikrosferaler aştorı sıxlıq və aştorı istilik keçiriciliyi amacıyla əlavəlenmiştir.

Kaplamanın otaq sıcaklığında sertleşmesi üçün tetraetil ortosilikat və dibütiltin dilaurat istifadə edilmişdir. Karışım, zımparsahəarak hazırlanan alüminium ərintisi səthe uygulanmış və otaq sıcaklığında 7 gün kürlənmişdir. Ana termal qoruma təcrübələrinde kaplama kalınlığı 3,5 mm olaraq seçilmiştir.

Moləlavəüler yapı həqiqiten oluşmuş mudur?

Nükleer manyetik rezonans analizleri, hedeflenen fenilən, metil və etil qruplarının polimer yapısına girdiğini destəlavəlsormatir. EMQ-10 örneğinde təxminən 7,57 ppm’de görülen proton siqnali fenilən halkasındaki protonlara btorlanmıştır.

EMEQ-10 örneğinde bunlara əlavə olaraq etil grubuna ait siqnallar gözlenmiştir:

• Yaklaşık 0,54-0,48 ppm aralığı: Si–CH₂–CH₃ yapısındaki metilən protonları.
• Yaklaşık 0,97-0,94 ppm aralığı: Etil grubundaki metil protonları.
• Karbon NMR spəlavətrunda təxminən 6,78-6,64 və 7,67-7,32 ppm aralıkları: Etil grubunun karbon siqnallari.

Silisium-29 NMR analizinde fenil grubuna birbaşa btorlı silisium atomları təxminən −1,32 ppm’de; fenilən grubuna yakın və daha uzak silisium merkezleri ise təxminən −19,5 və −20,88 ppm’de siqnal vərmiştir. EMEQ-10’daki əlavə siqnallar, etil yan qrupları taşıyan silisium merkezleriyle əlaqəlendirilmiştir.

FT-IR spəlavətrları EMQ-10 və EMEQ-10 üçün böyük ölçüde benzer görünmüştür. Etil grubunun özgün vibrasiyaleri, güçlü Si–CH₃ zolaqlarıyla çakıştığı üçün ayrı və keskin biçimde ayırt ediləmsormatir. Bu səbəbdən kimyəvi yapı doğrulaması yalnızca FT-IR’a değil, proton, karbon və silisium NMR nəticələrının birlikdə dəyərlendirilmesine dayanmaktadır.

Etil grubu moləlavəül kütləsini və özlülükyi nasıl təsirlsormatir?

EMQ-10’un sayıca orta moləlavəül kütləsi 90.400 g/mol, EMEQ-10’unki ise 106.600 g/mol olaraq ölçülmüşdür. EMEQ-10’un özlülüksi 14,57 Pa·s, EMQ-10’un özlülüksi 7,35 Pa·s olmuştur. EMEQ-10 təxminən iki kat daha yüksək özlülük göstermiştir.

Bu fark yalnızca etil grubunun varlığına btorlanamaz; moləlavəül kütləsindəlavəi artım da özlülükyi yükseltməlavətedir. Çalışmanın müqayisəsı, etil modifikasyonuyla birlikdə daha yüksək moləlavəül kütləli və daha viskoz bir polimer elde edildiğini göstərir.

Fenilən nisbəti aştorı sıcaklıq davranışını nasıl değiştirmiştir?

EMQ-X serisinde fenilən nisbəti yükseldikçe şüşə keçid temperaturu −118,10 °C’den −96,92 °C’ye çıkmıştır. Cam geciş sıcaklığının yükselmesi, polimer segmentlerinin harəlavəetinin daha yüksək sıcaklıqta məhdudiyyətlanmaya başladığını gösterir. Başka bir ifadeyle fenilən içeriğinin artması yüksək sıcaklıq sabitliyinı destəlavəlerkən aştorı sıcaklıq elastikliğini azaltmıştır.

Bu sonuç, araşdırmanın başlanğıcta diaqnozmladığı silikon ikiləmini birbaşa doğrulamaktadır: daha sərt bir omurğa ısıya dayanımı artırmış, fakat kriogen elastikliği zayıflatmıştır.

Etil nisbəti aştorı sıcaklıq davranışını nasıl değiştirmiştir?

Fenilən nisbəti yüzde 10 mol səviyyəsinde sabit tutulan EMEQ-Y serisinde etil nisbəti arttıkça şüşə keçid temperaturu −110,05 °C’den −114,78 °C’ye düşmüştür. Daha aştorı şüşə keçid temperaturu, zəncir hərəkətliliyinin daha aştorı sıcaklıqlara kadar korunabildiğini göstərir.

Araşdırmaçılar bu düşüşü, etil qruplarının komşu zincirleri birbirinden uzaklaştırması, serbest hacmi artırması və strukturli kristal bölgələrin oluşmasını engellemesiyle açıqlamaktadır. Bu məlavəanizma birbaşa moləlavəulyar harəlavəetin görüntülenmesine değil, DSC eğilimleri və moləlavəulyar yapı üzərindən yapılan yoruma dayanmaktadır.

Fenilən yüksək sıcaklıq sabitliyinı nasıl təsirlsormatir?

EMQ-X serisinde fenilən nisbəti arttıkça yüzdə 5 kütlə itkisinın həqiqiləştiği temperatur 441,59 °C’den 480,51 °C’ye yükselmiştir. Azami parçsahəma hızının görüldüğü temperatur ise 534,04 °C’den 557,64 °C’ye çıkmıştır.

Yüzde 5 kütlə itkisi sıcaklığı, malzemenin termal parçsahəmaya ne zaman belirgin biçimde başladığını gösteren bir meyartür. Azami parçsahəma temperaturu ise kütlə itkisinın en hızlı həqiqiləştiği noktayı ifadə edir. Her iki dəyərin yükselmesi fenilən vahidlərinin polimer omurğasının çözülmesini geciktirdiğini dəstəkləyir.

Etil qrupları yüksək sıcaklıq sabitliyinı azaltmış mıdır?

Etil nisbəti arttıkça EMEQ-Y serisinde yüzdə 5 kütlə itkisi sıcaklığı 457,16 °C’den 432,16 °C’ye, maksimal parçsahəma temperaturu ise 548,16 °C’den 526,69 °C’ye düşmüştür. Bu səbəbdən etil qrupları aştorı sıcaklıq elastikliğini artırırken ilk termal parçsahəma temperaturlarını bir miktar azaltmıştır.

Araşdırmaçılar bu eğilimi Si–C btor enerjiləriyle açıqlamaktadır. Metil qruplu Si–C btorının vərilən btor enerjisi 317,9 kJ/mol, etil qruplu Si–C btorınınki ise 276,0 kJ/mol’dür. Daha aştorı btor enerjisi, Si–CH₂–CH₃ btorının daha kolay kopmasına yol açabilir.

Bununla belə EMEQ-10, eyni fenilən nisbətina sahip EMQ-10’dan daha yüksək karbonlu qalıq bırakmıştır. Dolayısı ilə daha erkən btor kopması her zaman daha kötü son koruma anlamına gelmsormatir. Etil qruplarının kopması, zəncirlərarası çarpaz btorlanma və karbonlaşmış tor oluşumu üçün yeni tepkime yolları açmış olabilir.

TG-IR analizi parçsahəma məlavəanizması hakkında ne göstermiştir?

Termogravimetrik analiz ilə infraqırmızı spəlavətroskopinin birlikdə kullanıldığı TG-IR təcrübələrinde, polimer ısıtılırken çıkan gazların kimyəvi işaretleri izlenmiştir. Yaklaşık 1026 və 1084 cm⁻¹ zolaqları halqalı siloksan ürünleriyle, 3016 cm⁻¹ bandı metanla əlaqəlendirilmiştir.

Azot atmosferinde EMEQ-10’un halqalı siloksanlara btorlanan zolaqları EMQ-10’dan daha zayıf olmuştur. Araşdırmaçılar bunu, hacimli etil qruplarının zincirin kendi üzerine kıvrılıp halqsahəmasını sterik olaraq engellemesiyle açıqlamaktadır.

Etil grubundaki daha zayıf Si–C btorlarının kopması, zəncir daxili halqsahəma yerine zəncirlərarası çarpaz btorlanmayı destəlavəlsorma olabilir. Böylece piroliz sırasında daha sabit və birbirine btorlı bir tor oluşmuştur.

Hava atmosferinde her iki polimer üçün karbon monoksid və karbon diokside qarşılık gelen zolaqlar gözlenmiştir. EMEQ-10’da bu siqnallar daha güçlüdür. Etil grubundaki metilən hidrogenlerinin oksigen kökenli radikaller tarəfından daha kolay koparılması, etil karbonlarının CO və CO₂ ürünlerine daha fazla dönüşmesine neden olmuş olabilir.

Kaplamaların sıxluğu və məlavəanik özellikleri nasıldır?

Füme silika və içi boş şüşə mikrosfera içeren kaplamaların sıxlıqları 0,628-0,675 g/cm³ arasında ölçülmüşdür. En aştorı sıxlıq 0,628 g/cm³ ilə EMEQ-10 esaslı optimum biləşim üçün bildirilmiştir.

EMQ-10 kaplamanın dartılma möhkəmliyi 2,51 MPa, EMEQ-10 kaplamanınki 3,38 MPa olmuştur. EMEQ-10’daki artım yüzde 34,66’dır. Kopma uzaması EMQ-10 üçün yüzde 61,70, EMEQ-10 üçün yüzde 64,44 olaraq ölçülmüşdür.

Bu dəyərlər etil modifikasyonunun yalnızca aştorı sıcaklıq harəlavəetliliğini değil, hazırlanan kompozit kaplamanın dartılma möhkəmliyinı da artırdığını göstərir. Bununla belə moləlavəül kütləsi, çapraz btor sıxluğu, dolgu dtorılımı və kürlənmə derecesi de məlavəanik nəticələra katkıda bulunmuş olabilir.

Isı ilətkenliği nəticələrı nelerdir?

250 °C’de yapılan yüksək sıcaklıq istilik keçiriciliyi testinde aştorıdaki dəyərlər bildirilmiştir:

Ana mətndəlavəi Şəkil 6d’de ise PMQ-10, EMQ-10 və EMEQ-10 üçün sırasıyla 0,146, 0,152 və 0,143 W/(m·K) dəyərləri gösterilməlavətedir. Çalışma, 250 °C’de vərilən 0,126, 0,119 və 0,116 W/(m·K) dəyərləriyle Şəkil 6d’dəlavəi ikinci dəyər grubunun ölçüm koşulları arasındaki farkı açıqça açıqlamamaktadır. Bu səbəbdən iki sonuç grubu sessizce birleştirilmemeli; fərqli lakin ayrıntısı belirtilmsorma test koşullarına ait olabiləceği dikkate alınmalıdır.

Plazma ark külək tuneli təcrübəi nasıl tətbiq edilmişdir?

Kaplamaların yüksək istilik axınındaki davranışı plazma qövsü mikro külək tunelinde sınanmıştır. Deneyin bildirilən azami istilik axını 0,45 MW/m², azami xüsusi entalpisi 2,60 MJ/kg’dır.

Kademeli ısıtma proqramı şu şəkildedir:

1. Başlangıç sıcaklığı 250 °C.
2. İlk 10 saniyə üçünde 550 °C’ye yükselme.
3. Sonraki 12 saniyəde 1150 °C-yə yükselme.
4. 1150 °C’de 10 saniyə bəlavəleme.

Toplam yüksək sıcaklıq tətbiqsı təxminən 32 saniyədir. Bu təcrübə kısa müddətli və sıx bir aerotermal yükü təmsil edir; saatler və ya günler müddətn müddətkli kullanım təcrübəi değildir.

PMQ-10 kontrol kaplaması nasıl davranmıştır?

Yan zincirinde fenil bulunan kommersiya PMQ-10 kaplama, 22. saniyəde temperatur 1150 °C-yə ulaştığında müddətkli ablasiya göstermiştir. Yüzeyde oluşan karbonlu tabaka geniş miqyaste parçsahəmış və kaplamadan ayrılmışdır.

PMQ-10’un fenil qrupları elastik siloksan omurğasına yan zincir olaraq btorlıdır. Araşdırmaçılara görə bu yapı, yüksək sıcaklıqta müddətkli və məlavəanik olaraq storlam mikrokristal bölgələr oluşturamamış; məsaməli, kırılgan və struktursiz bir qalıq bırakmıştır.

EMQ-10 və EMEQ-10 neden fərqli davranmıştır?

Fenilən vahidlərinin birbaşa əsas zəncire yerleştirildiği EMQ-10 və EMEQ-10 kaplamalarda, külək tuneli sonrasında çatlaqlarla ayrılmış fakat birbirine btorlı səth pulları oluşmuştur. Araşdırmaçılar bu görünümü timsah derisine benzetmiş və “pul zirehi bənzəri keramik təbəqə” olaraq adlandırmıştır.

Bu yapının oluşumu iki eş zamanlı müddətçle açıqlanmaktadır:

• İç bölgələrde polimer bozunurken gaz açığa çıkmış və məsaməli bir piroliz təbəqəsi oluşmuştur.
• Yüzeyde fenilən içeren qalıqlar, füme silika və eriyen şüşə mikrosferalar oksitlenerəlavə sıx seramik pullara dönüşmüştür.

Pullar arasındaki sınırlar, kaplamanın təlavə parça və tamamen sərt bir seramik gibi kırılması yerine termal gerilmeyi kenarlara dtorıtmasına yardımcı olmuş olabilir. Çalışma bu məlavəanizmayı morfoloji və kimyəvi analizlerle dəstəkləyir; lakin gerilme dtorılımı birbaşa ölçülməmişdir.

Külək tünelindəlavəi sayısal nəticələr nelerdir?

Kriyojenik ön işlem uygulanmayan külək tuneli testinde en aştorı kütlə ablasiya sürəti EMEQ-10’da değil, 0,023 g/s ilə EMQ-10’da ölçülmüşdür. EMEQ-10 ise daha aştorı arxa səth temperaturu və daha aştorı Şəkil 6d istilik keçiriciliyi göstermiştir. Dolayısı ilə “en iyi” sonuç kullanılan meyare görə değişməlavətedir.

Kaplama kəsikinde hangi tabakalar oluşmuştur?

SEM kəsik görüntüləri, istilik axınına maruz ksahə kaplamada səthden altlığa doğru üç bölgə oluştuğunu göstermiştir:

1. Seramik tabaka: Doğrudan plazmaya bakan en dış bölgədir. İçi boş şüşə mikrosferalar erimiş, polimer qalıqlarıyla birleşmiş və daha kiçik məsaməli, sıx bir səth oluşturmuştur.
2. Piroliz tabakası: Polimerin kısmen bozunduğu, mikrosferalerin bir bölümünün eridiği və ya parçsahədığı ara bölgədir. Bozunma gazlarının çıkışı nedeniyle məsaməlidir.
3. Bozulmamış tabaka: Altlığa yakın, temperatur artımının daha sınırlı kaldığı bölgədir. Cam mikrosferaler böyük ölçüde storlam və matris üçünde dtorılmış vəziyyətdadır.

Bozulmamış tabakadaki mikrosferalerin çoğu təxminən 20-50 mikrometr böyüklüğündedir. Yüzeye doğru ilərledikçe mikrosferalerde erime və birleşme artmışdır. Bu morfolojik değişim, kaplama kalınlığı boyunca güçlü bir temperatur qradiyentı bulunduğunu göstərir.

Gözenəlavəli iç tabaka neden yararlı olabilir?

Piroliz sırasında açığa çıkan gazlar iç bölgəde məsaməli bir yapı oluşturmuştur. Gazla dolu boşluklar katı malzemeden daha aştorı istilik keçiriciliyine sahip olduğundan, bu bölgə ısının altlığa ulaşmasını yavaşlatabilir.

Ancak məsaməlilik her zaman yararlı değildir. Yüzey tabakası fazla məsaməli və gevşəlavə olursa plazma akışı tarəfından kolayca aşındırılabilir. Çalışmanın önerdiği yapı, iç kısımda yalıtıcı məsaməlilik ilə dış kısımda sıx və erozyona dayanıklı seramikleşmenin birlikdə bulunmasına dayanmaktadır.

XPS analizi səth kimyası hakkında ne göstermiştir?

X-ışını fotoeləlavətron spəlavətroskopisi, ablasiya sonrası səthdəlavəi karbon, oksigen və silisium btorlarını inceleməlavə üçün istifadə edilmişdir. EMQ-10 və EMEQ-10 səthlerindəlavəi karbon nisbəti PMQ-10’dan daha yüksək tapılmışdır.

Araşdırmaçılar bu farkı, əsas zəncirdəlavəi fenilən vahidlərinin yüksək sıcaklıqta hidrogen kaybederəlavə aromatik karbon kümelerine dönüşmesiyle açıqlamaktadır. Fenilən qrupları siloksan omurğasının uçucu halqalı oligomerlere ayrışmasını sınırlandırmış və karbonlu bir iskeletin korunmasına yardım etmiştir.

Her üç kaplamanın karbon spəlavətrunda C–Si btorları baskındır; daha kiçik C–O katkıları da vardır. C=O btorı yalnızca EMEQ-10’da belirlenmiş və ablasiya sırasında tamamlanmamış yanmayla əlaqəlendirilmiştir.

Oksijen və silisium spəlavətrları səth qalıqsındaki temel inorganik komponentin SiO₂ olduğunu göstermiştir. PMQ-10’un Si–O btor nisbəti EMQ-10 və EMEQ-10’dan daha aştorı bildirilmiştir. Araşdırmaçılar bu sonucu PMQ-10’un daha fazla halqsahəması, uçucu oligomer oluşturması və sonradan gevşəlavə silika hâlinde çökelmesiyle açıqlamaktadır.

“Pul zırhı” məlavəanizması nasıl oluşmaktadır?

Çalışmanın önerdiği məlavəanizma aştorıdaki sırayı izleməlavətedir:

1. Yüksəlavə istilik axını polimer səthinde Si–C btorlarının kırılmasını, oksidləşməu və pirolizi başlatır.
2. Fenilən vahidləri hidrogen kaybederəlavə aromatik və karbonca zengin mikrokristal bölgələr oluşturur.
3. Füme silika və eriyen şüşə mikrosferalar bu karbonlu iskelet çevresinde birleşir.
4. Yüzeyde silisium və oksigen texniki xidmətından zengin sert seramik pullar meydana gelir.
5. Pullar arasındaki dar sınırlar, kaplamanın termal genleşme və büzülmə gerilmelerini təlavə bir böyük çatlaq yerine çok sayıda kiçik sınır boyunca dtorıtmasına yardım eder.
6. Alt kısımdaki məsaməli piroliz təbəqəsi ısı gecişini sınırlar; pozulmamış alt tabaka ise alüminyum səthle btorlantıyı korur.

Bu məlavəanizma SEM, element dtorılımı, XPS və ablasiya morfolojisiyle uyumludur. Buna qarşın mikrokristal sahəların kristal yapısı ayrıntılı kırınım analiziyle birbaşa gösterilmsormatir; “aromatik küme” və gerilme dtorılımı açıqlamaları araşdırmaçıların təcrübələrden geliştirdiği məlavəanizma yorumudur.

Kriyojenik ön işlem nasıl tətbiq edilmişdir?

Kaplamalar təxminən −196 °C’de mayə azot üçünde 15 dakika bəlavəletilmiş, daha sonra otaq sıcaklığına getirilmiş və eyni plazma qövs külək tuneli proqramında 1150 °C-yə kadar ısıtılmıştır.

Sıvı azot sonrasında hiçbir kaplamada çıplak gözle belirgin çatlaq və ya altlıqdan ayrılma görülmsormatir. Ancak sonraki külək tuneli testi, makroskopik olaraq storlam görünen kaplamaların iç yapılarında önemli fərqlilıklar oluştuğunu göstermiştir.

Kriyojenik çevrimden sonra PMQ-10 nasıl davranmıştır?

PMQ-10, mayə azot ön işlemi sonrasında yapılan plazma testinde torır ablasiya hasarı göstermiştir. Arka yüz sıcaklığı 52 °C, orta kütlə ablasiya sürəti 0,108 g/s olmuştur.

Bu sonuç PMQ-10’un yalnızca yüksək sıcaklıqta değil, əvvəl kriogen büzülməye sonra hızlı ısınmaya maruz kaldığında da sabit bir səth tabakası koruyamadığını göstərir.

Kriyojenik çevrimden sonra EMQ-10 nasıl davranmıştır?

EMQ-10’un kriogen ön işlem uygulanmadan əvvəlki kütlə ablasiya sürəti 0,023 g/s iken kriogen işlem sonrasında 0,045 g/s’ye yükselmiştir. Arka yüz sıcaklığı 50 °C olmuştur.

Çıplak gözle başlanğıcta belirgin çatlaq görülmemesine rtormen araşdırmaçılar, fenilən körpülü lakin etil içermeyen yapıda mikroskobik iç çatlaqlar inkişaf etmiş olabiləceğini dəyərlendirməlavətedir. Yüksək temperaturta bu çatlaqların səth keramik təbəqəsının zamanında və müddətkli biçimde oluşmasını engellediği, ardından tabakanın parçsahəarak ayrıldığı düşünülməlavətedir.

İç mikroçatlaqlar bu bölümde birbaşa görüntülenmsormatir. Bu səbəbdən mikroçatlaq açıqlaması gözlenen performans kaybını yorumlamak üçün önerilən bir məlavəanizmadır.

Kriyojenik çevrimden sonra EMEQ-10 nasıl davranmıştır?

EMEQ-10, −196 °C ön işlemi sonrasında yapılan yüksək sıcaklıq testinde belirgin ablasiya işareti göstermsormatir. Arka yüz sıcaklığı 42 °C, orta kütlə ablasiya sürəti 0,027 g/s olaraq ölçülmüşdür.

Kriyojenik işlem uygulanmayan EMEQ-10 üçün ablasiya sürəti 0,035 g/s, arxa səth temperaturu 43 °C’dir. Kriyojenik işlemden sonra nəticələrın pozulmaması, hatta ölçülen kütlə itkisinın daha aştorı çıkması, bu biləşimin təlavə çevrimde aştorı sıcaklıq büzülməsine qarşı daha sabit olduğunu göstərir.

Bu fark araşdırmaçılar tarəfından EMEQ-10’un daha yüksək çəlavəme və kəsmə möhkəmliyiyla əlaqəlendirilmiştir. Etil qruplarının storladığı segment hərəkətliliyi, kaplamanın kriogen büzülməden doğan iç gerilmeleri mikroçatlaq oluşturmadan qarşılamasına yardımcı olmuş olabilir.

Kesme dayanımı temperaturla nasıl değişmiştir?

Üç kaplamada da temperatur düştükçe ölçülen kəsmə möhkəmliyi yükselmiştir. Şəkil 9d’de vərilən dəyərlər şöyledir:

Grəfiğin əlavəseninde dəyərlər “dartılma-kəsmə möhkəmliyi” olaraq vərilməlavəte, lakin vahid ana şəkil üzərində açıq biçimde okunmamaktadır. Bu səbəbdən cədvəlda sayılar çalışma üçündəlavəi biçimiyle aktarılmış, doğrulanamayan vahid əlavəlenmsormatir.

EMEQ-10 bütün temperaturlarda en yüksək və ya en yüksəklerden biri olan dayanımı göstermiştir. Araşdırmaçılar aştorı sıcaklıqtaki artımı zəncir hərəkətliliyinin azalmasına və daha strukturli yapısal bölgələrin oluşmasına btorlamaktadır.

Kaplama altlıqtan ayrılmış mıdır?

Çalışmanın əlavə vərilərine görə bütün kaplamalar otaq sıcaklığı və kriogen koşullardaki məlavəanik təcrübələrde kaplama-altlıq arayüzünden ayrılmak yerine kaplamanın kendi gövdəsi üçünde koheziya qırılması göstermiştir. Bu gözlem, alüminyum səthle btorlantının kaplamanın iç dayanımından daha zayıf olmadığını düşündürməlavətedir.

Bununla belə təlavə laboratoriya hazırlama üsuliyle elde edilən bu nəticələr; böyük səthler, karmaşık geometrilər, vibrasiya, nem, kirlenme və ya üretim toleransları üçün birbaşa yapışma garantisi oluşturmaz.

Çalışmanın destəlavəlediği nəticələr nelerdir?

• Fenilən vahidlərinin polisiloksan əsas zəncirine əlavəlenmesi parçsahəma başlangıcını və maksimal parçsahəma temperaturunı yükseltmiştir.
• Fenilən nisbətinın aşırı artırılması şüşə keçid temperaturunı yükselterəlavə aştorı sıcaklıq elastikliğini azaltmıştır.
• Etil yan qrupları şüşə keçid temperaturunı düşürmüş və kriogen çevrim sonrasındaki yapısal sabitlığı iyiləştirmiştir.
• Etil qrupları ilk termal parçsahəma temperaturunı azaltmasına rtormen zəncir daxili halqsahəmayı baskılayarak daha fazla çapraz btorlı karbonlu qalıq oluşmasına katkıda tapılmışdır.
• Fenilən körpülü EMQ-10 və EMEQ-10 kaplamalar, yan zincir fenilli PMQ-10’dan daha aştorı kütlə ablasiya sürəti və daha aştorı arxa səth temperaturu göstermiştir.
• EMEQ-10, kriogen ön işlem sonrasındaki kısa müddətli plazma testinde 42 °C arxa səth temperaturu və 0,027 g/s kütlə ablasiya sürəti göstermiştir.
• Yüzeydəlavəi sıx keramik təbəqə ilə içtəlavəi məsaməli piroliz təbəqəsinın birlikdə bulunması, istilik qoruması və erozyon direncine katkıda tapılmışdır.

Çalışma nəyi sübut etmir?

• Malzemenin −196 °C ilə 1150 °C arasında qətitisiz və uzun müddət çalışabildiğini sübut etmir.
• 1150 °C’dəlavəi dayanım yalnızca təxminən 10 saniyəlik bəlavəleme içeren kısa plazma testine dayanmaktadır.
• Gerçəlavə bir kosmik aparat, hipersonik vasitə və ya raket üzərində uçuş doğrulaması yapılmamıştır.
• Binlerce kriogen-sıcak çevrim sonrasındaki yorulma ömrü dəyərlendirilmsormatir.
• Atomik oksigen, vakum, ultrabənövşəyi şüsahəma, radiasiya, nem, ytorıntı, tuz, vibrasiya və darbe təsirleri birlikdə sınanmamıştır.
• Kaplamanın böyük və əyrısel parçalara tətbiq oluna bilənliği və ya seri üretim tutarlılığı gösterilmsormatir.
• Pul zırhı benzeri tabakanın bütün ısı akılarında və bütün kalınlıklarda eyni biçimde oluşactorı kanıtlanmamıştır.
• EMEQ-10’un her performans meyaründe EMQ-10’dan üstün olduğu gösterilmsormatir; kriogen ön işlem uygulanmayan testte EMQ-10 daha aştorı kütlə ablasiya sürəti vərmiştir.
• Patent başvurusunun varlığı, malzemenin təlavənik və ya kommersiya başarısının resmî olaraq onaylandığı mənasına gəlmir.

Türkiyə baxımından neden önəmlidir?

Çalışmanın moləlavəulyar dizayn yaklaşımı; Türkiyədə uzay və aviasiya, savunma sanayisi, raket mühərriki çevresi, kriogen yanacaq sistemleri, yüksək sıcaklıq boru və əlavəipman kaplamaları, yanğına dayanıklı kompozitler və aştorı sıxlıqlu yalıtım malzemeleri üzərində çalışan araşdırmaçılar üçün birbaşa üsulsel dəyər taşımaktadır.

Özellikle çalışma, təlavə bir özelliği en üst səviyyəe çıkarmak yerine birbirine zıt gerəlavəsinimleri moləlavəulyar miqyaste dengelemenin önemini göstərir. Fenilən vahidləri yüksək sıcaklıqta qalıq oluştururken etil qrupları kriogen büzülməye uyum storlamıştır. Füme silika və şüşə mikrosferalar ise polimer kimyasını çok miqyaslı bir kompozit yapıya dönüştürmüştür.

Türkiyədə həqiqi bir aviasiya tətbiqsına geciş üçün yerli reçeteler üzərində uzunmüddətli termal dövr, məlavəanik vibrasiya, termal şok, nem, vakum, radiasiya, oksidləşmə, alov, yapışma yaşlanması və miqyas büyütme təcrübələrinin yapılması gərəkdir. Bu çalışma birbaşa kullanıma hazır bir ürün onayı değil, güçlü bir malzeme tasarım və laboratoriya doğrulama örneğidir.

Çalışmanın Metodu və Tapıntıları

Araşdırma dizeyni

Araşdırma; yeni polimer sentezi, moləlavəulyar karakterizasyon, termal analiz, kompozit kaplama üretimi, məlavəanik test, kısa müddətli plazma qövsü ablasiya təcrübəi, kriogen ön işlem və ablasiya sonrası səth-kəsik incelemelerini birleştiren təcrübəsel bir malzeme çalışmasıdır.

Deney və kontrol qrupları

EMEQ-10 sentez parametreleri

Temel yapısal və məlavəanik nəticələr

Termal eğilimlerin özeti

Plazma testinin ana nəticələrı

Şəkillerin bilimsel mesajı

• Şəkil 1: Esnəlavə-elastik, elastik-sərt və sərt-elastik moləlavəulyar dizaynları qarşılaştırarak çalışmanın “əsas zəncir sərtliği + əsas zəncir elastikliği + yan zincir elastikliği” yaklaşımını göstərir.
• Şəkil 2: Halka açılma polimerizasyonunu, EMQ və EMEQ zincirlerinin oluşumunu və kompozit kaplamaya dönüştürülmesini göstərir.
• Şəkil 3: NMR və FT-IR siqnallariyle fenilən, metil və etil vahidlərinin kimyəvi yapıya katıldığını dəstəkləyir.
• Şəkil 4: Fenilən arttıkça cam geciş və parçsahəma temperaturlarının yükseldiğini; etil arttıkça cam gecişin düşerkən parçsahəma başlangıcının da gerilədiğini göstərir.
• Şəkil 5: EMEQ-10’un azot atmosferinde daha az halqalı siloksan ürünü çıkardığını, hava atmosferinde ise daha belirgin CO və CO₂
• Şəkil 6: PMQ-10’un plazma altında müddətkli aşındığını, EMQ-10 və EMEQ-10’un pul zirehi bənzəri tabaka oluşturduğunu; arxa səth temperaturu və ablasiya sürətindaki farkları göstərir.
• Şəkil 7: Seramik, piroliz və pozulmamış tabakaları; mikrosferalerin səthe doğru eriyerəlavə sıx bir dış tabaka oluşturmasını göstərir.
• Şəkil 8: Ablasyon sonrası səthde C–Si, C–O, SiO₂ və Si–O btorlarının dtorılımını müqayisəktadır.
• Şəkil 9: −196 °C ön işlemden sonra PMQ-10 və EMQ-10’daki performans kaybını, EMEQ-10’un daha aştorı arxa səth temperaturunı və daha aştorı kütlə ablasiya sürətinı göstərir.

Çalışmanın güclü tərəfləri

• Moləlavəüler tasarım, kompozit üretimi və yüksək istilik axını testini eyni təcrübəsel zincirde birleştirməlavətedir.
• Düşük temperatur və yüksək sıcaklıq performansını təlavə bir meyare indirgememəlavətedir.
• Kontrol grubu olaraq kommersiya yan zincir fenilli silikon kullanmaktadır.
• Fenilən və etil miktarlarını ayrı polimer serilərinde sistematik biçimde değiştirməlavətedir.
• NMR, DSC, TG, TG-IR, SEM və XPS nəticələrını ortak bir məlavəanizma üçünde dəyərlendirməlavətedir.
• Kriyojenik ön işlemin sonraki ablasiya davranışını değiştirebildiğini birbaşa müqayisəktadır.
• Kütle ablasiya sürəti, arxa səth temperaturu, sıxlıq və məlavəanik dayanım gibi tətbiqyla əlaqəli kəmiyyət meyarler sunmaktadır.

Çalışmanın məhdudiyyətlərı

• Çalışma rəyçi qiymətləndirməsindən keçməmiş bir preprinttir.
• Deney qruplarındaki təlavərar sayıları və xəta çubuqları ana mətndəlavəi bütün ölçümler üçün açıq biçimde vərilməmişdir.
• İstatistiksel əhəmiyyətlilık testleri, p dəyərləri və etibar intervalları raporlanmamışdır.
• 1150 °C tətbiqsı kısa müddətlidir və uzunmüddətli servis ömrünü temsil etmez.
• Kriyojenik ön işlem təlavə çevrim və 15 dakikalık mayə azot maruziyetidir.
• Gerçəlavə uçuş ortamı və ya tam miqyaslı parça təcrübəi yapılmamıştır.
• EMQ-10’da kriogen işlem sonrası oluştuğu iləri sürülen mikroçatlaqlar birbaşa görüntülenmsormatir.
• Şəkil 6d’dəlavəi istilik keçiriciliyi dəyərləriyle 250 °C üçün mətnde vərilən dəyərlər arasındaki ölçüm koşulu farkı açıqlanmamışdır.
• Pul zırhı tabakasındaki mikrokristal bölgələr ayrıntılı kristal faz analiziyle birbaşa təsdiqlənməmişdir.
• Bazı müəlliflər maraqlar toqquşması bildirmiş və malzemeyle əlaqəli patent başvurusu yapılmıştır.

Mənbə və Metod Notu

Çalışmanın tam özgün adı: Synergistic Phenylene/Ethyl Units Breaking the Silicone Diləmma for Aerospace Thermal Protection Spanning from –196 ° to 1150 °C

Müəlliflər: Jin-Chen You, Yi Qin, Geng-Qiao Huang, Zhen-Kai Zhang, Yi-Chao Li, Shi-Ping Xiang, Yong Xiao, Hai-Ya Chen və Yi-Yong Huang.

Müəllif sıralaması: Jin-Chen You birinci, Yi Qin ikinci, Geng-Qiao Huang üçüncü, Zhen-Kai Zhang dördüncü, Yi-Chao Li beşinci, Shi-Ping Xiang altıncı, Yong Xiao yedinci, Hai-Ya Chen səlavəizinci və Yi-Yong Huang toxumazuncu yazardır.

Eş katkı: Jin-Chen You və Yi Qin çalışmaya eşit katkıda tapılmışdır.

Məsul müəlliflar: Shi-Ping Xiang və Yi-Yong Huang.

Qurumlar:

• Department of Chemistry, School of Chemistry, Chemical Engineering and Life Science, Wuhan Univərsity of Technology, Wuhan, Çin.
• Hubei Provincial Enterprise-Univərsity Joint Innovation Center for Aerospace Thermal Protection Materials, Space Focus Co., Ltd., Xiaogan, Çin.
• State Key Laboratory of Advanced Technology for Materials Synthesis and Processing, Wuhan Univərsity of Technology, Wuhan, Çin.

DOI: İncelenen SSRN 7199946 sürümü üçün 10.2139/ssrn.7199946.

Jurnal: Hakemli bir dergide yayımlandığı təsdiqlənməmişdir.

Yayın platforması: SSRN.

Platform biznescisi: Elsevier Inc.

Yayın ili: 2026.

Mənbə növü: Deneysel polimer və kaplama araşdırması niteliğinde, rəyçi qiymətləndirməsindən keçməmiş preprint.

Rəsmi btorlantı:https://ssrn.com/abstract=7199946

Sürüm qeydu: SSRN arama nəticələrında eyni başlık və yazar listesiyle 6932544 numaralı başka bir kayıt da vardır. SSRN, 7199946 kaydı üçün iki sürüm bulunduğunu belirtməlavətedir. Bu kayıtların sürüm sırası və DOI əlaqəsi açıq biçimde açıqlanmadığından bu yazıda yüklenen 7199946 numaralı çalışma esas alınmıştır.

Çıkar çatışması: Jin-Chen You, Yi Qin, Geng-Qiao Huang, Shi-Ping Xiang, Yong Xiao, Hai-Ya Chen və Yi-Yong Huang maraqlar toqquşması bildirmiştir. Çalışmada 202511551709.5 numaralı patent başvurusunun yapıldığı və inceleme müddətcine girdiği bildirilmişdir. Zhen-Kai Zhang ilə Yi-Chao Li maraqlar toqquşması bildirmsormatir.

Veri vəziyyətu: Araşdırmaçılar temel vərilərin ana çalışma və əlavə bilgilər üçünde bulunduğunu belirtmiştir. Ek materyallerde ayrıntılı üsuller, 16 əlavə şəkil və 8 əlavə cədvəl bulunduğu ifade edilməlavətedir; yüklenen ana çalışma üçünde əlavə faylların tamamı yer almamaktadır.

Bu məqalə, yüklenen çalışmanın metni, moləlavəulyar yapıları, təcrübə koşulları, qrəfik dəyərləri, spəlavətroskopik analizleri, mikroskop görüntüləri və araşdırmaçıların məlavəanizma yorumları temel alınarak hazırlanmıştır. Çalışmada bulunmayan yeni bilimsel sonuç, uçuş başarısı, kommersiya ürün onayı və ya uzunmüddətli təhlükəsizlik garantisi əlavəlenmsormatir.

Çalışma rəyçi qiymətləndirməsindən keçməmiş bir preprinttir; nəticələrı bu sınırlılık dikkate alınarak okunmalıdır. −196 °C ilə 1150 °C ifadesi müddətkli kullanım aralığını değil, mayə azot ön işlemi ilə kısa müddətli plazma qövsü ısıtmasının ardişıq uygulandığı laboratoriya çevrimini diaqnozmlamaktadır. Gerçəlavə aviasiya tətbiqsı üçün təlavərarlı termal dövr, uzunmüddətli istilik axını, vibrasiya, vakum, radiasiya, oksidləşmə, nem, darbe, böyük miqyaslı üretim və uçuş doğrulaması lazımdır.