مهندسی کربن حاصل از پیرولیز متان به منظور کاربردهای پیشرفته جاذب رادار و حفاظت بالستیک

کربن جامد حاصل از فرآیند پیرولیز متان، محصولی استراتژیک با پتانسیل بالا در کاربردهای نظامی و پدافندی، به ویژه در سامانه های پنهان کار (جذب رادار) و زره های مقاوم (حفاظت بالستیک) محسوب می شود. با این حال، الزامات فیزیکوشیمیایی کربن برای این دو کاربرد بسیار متفاوت بوده و ارتباط جامعی میان شرایط فرآیند تجزیه متان، ریزساختار کربن تولیدی و عملکرد نهایی آن در جذب امواج رادار یا حفاظت بالستیک، تاکنون به صورت داده محور و جامع مدل سازی نشده است. هدف اصلی این پژوهش، شناسایی و بهینه سازی شرایط عملیاتی و کاتالیستی فرآیند پیرولیز متان به منظور مهندسی و تولید هدفمند کربن جامد با ویژگی های مطلوب برای هر یک از این دو کاربرد متمایز پدافندی است. بدین منظور، ابتدا با بررسی عمیق ادبیات فنی، مشخصات کمی ایدئال برای کربن جاذب رادار (RAM) و کربن ساختاری (زره) تعریف گردید. سپس، یک پایگاه داده جامع شامل بیش از ۳۰۰ ردیف داده تجربی از ۴۰ منبع معتبر، شامل پارامترهای فرآیندی (دما، زمان، نوع کاتالیست) و مشخصه های کربن گردآوری و با هدف تحلیلی هدفمند، بهینه سازی شد. نتایج کلیدی نشان می دهد که الزامات این دو کاربرد نه تنها متفاوت، بلکه کاملا متضاد هستند. کربن جاذب رادار نیازمند ساختاری بی نظم، متخلخل و رسانای دارای تلفات (نسبت I(D)/I(G) بالا، مساحت سطح بالا و d۰۰۲ بزرگ) است که از طریق پیرولیز در دمای نسبتا پایین (۸۰۰-۱۰۰۰ سانتی گراد) و با کاتالیست های مبتنی بر کربن قابل دستیابی است. در مقابل، کربن حفاظت بالستیک نیازمند نظم بهینه و حداکثر استحکام کششی (نسبت I(D)/I(G) پایین، ساختار متراکم، الیافی و d۰۰۲ نزدیک به گرافیت) است. این امر مستلزم یک فرآیند دومرحله ای است: (۱) پیرولیز کاتالیستی (Ni-Fe) در دمای پایین (۷۰۰-۹۰۰ درجه سانتی گراد) برای ایجاد ساختار الیافی و (۲) یک مرحله گرافیت شدگی حیاتی در دمای بسیار بالا (> ۲۰۰۰ درجه سانتی گراد). این پژوهش در نهایت دو دستورالعمل فرآیندی مجزا و واگرا را برای مهندسی هدفمند کربن پیرولیزی ارائه می دهد.

کلیدواژه ها:

واژه های کلیدی: کربن جامد ، پیرولیز متان ، جاذب رادار ، حفاظت بالستیک ، مهندسی ریزساختار