Група навукоўцаў з НІТУ "МІСіС" распрацавала керамічны матэрыял з самай высокай тэмпературай плаўлення сярод вядомых на сённяшні дзень злучэнняў. Дзякуючы ўнікальнаму спалучэнню фізіка-механічных і цеплавых уласцівасцей матэрыял перспектыўны для выкарыстання ў найбольш цепланагружаных кампанентах лятальных апаратаў, такіх як насавыя абцякальнікі, рэактыўныя рухавікі і вострыя пярэднія грані крылаў, якія працуюць пры тэмпературах вышэй за 2000 градусаў па Цэльсіі. Вынікі апублікаваныя ў Ceramics International.

Многія вядучыя касмічныя агенцтвы (НАСА, ЕКА, а таксама агенцтва Японіі,Кітайі індыя) актыўна распрацоўваюць шматразовыя касмічныя самалёты, якія дазволяць істотна знізіць кошт дастаўкі людзей і грузаў на арбіту, а таксама скараціць часовыя інтэрвалы паміж палётамі.

«Цяпер у распрацоўцы такіх прылад дасягнуты значныя вынікі. Напрыклад, памяншэнне радыусу закруглення вострых пярэдніх беражкоў крылаў да некалькіх сантыметраў прыводзіць да значнага павелічэння пад'ёмнай сілы і манеўранасці, а таксама зніжэння аэрадынамічнага супраціву. Аднак пры выхадзе з атмасферы і ўваходзе ў яе на паверхні крылаў касмаплана можна назіраць тэмпературы каля 2000 градусаў па Цэльсіі, якія дасягаюць 4000 градусаў па Цэльсіі на самым краі. Таму, калі гаворка ідзе пра такія лятальныя апараты, паўстае пытанне, звязанае са стварэннем і распрацоўкай новых матэрыялаў, здольных працаваць пры такіх высокіх тэмпературах», — кажа кіраўнік Цэнтра канструкцыйных керамічных матэрыялаў НДТУ «МІСіС» Дзмітрый Маскоўскіх.

У ходзе апошніх распрацовак мэтай навукоўцаў было стварэнне матэрыялу з самай высокай тэмпературай плаўлення і высокімі механічнымі ўласцівасцямі. Патройная сістэма гафній-вуглярод-азот, карбанітрыд гафнію (Hf-CN), была абраная, паколькі навукоўцы з Універсітэта Браўна (ЗША) раней прадказалі, што карбанітрыд гафнію будзе мець высокую цеплаправоднасць і ўстойлівасць да акіслення, а таксама самую высокую плаўкасць пункт сярод усіх вядомых злучэнняў (прыкладна 4200 градусаў С).

Выкарыстоўваючы метад самараспаўсюджваючагася высокатэмпературнага сінтэзу, навукоўцы NUSTMISIS атрымалі HfC0,5N0,35, (карбанітрыд гафнію), блізкі да тэарэтычнага складу, з высокай цвёрдасцю 21,3 ГПа, што нават вышэй, чым у новых перспектыўных матэрыялаў, такія як ZrB2/SiC (20,9 ГПа) і HfB2/SiC/TaSi2 (18,1 ГПа).

«Цяжка вымераць тэмпературу плаўлення матэрыялу, калі яна перавышае 4000 градусаў С. Таму мы вырашылі параўнаць тэмпературы плаўлення сінтэзаванага злучэння і першапачатковага чэмпіёна, карбіду гафнію. Для гэтага мы размясцілі сціснутыя ўзоры HFC і HfCN на графітавай пласціне ў форме гантэлі, а зверху накрылі такой жа пласцінай, каб пазбегнуць страт цяпла», — расказвае Вераніка Буйневіч, аспірантка НІТУ «МІСіС».

Затым яны падключылі яго да батарэі з дапамогаймалібдэнавыя электроды. Усе выпрабаванні праводзіліся ў глыбінівакуум. Паколькі папярочны перасек графітавых пласцін розны, максімальная тэмпература дасягалася ў самай вузкай частцы. Вынікі адначасовага награвання новага матэрыялу, карбіду і карбіду гафнію, паказалі, што карбід гафнію мае больш высокую тэмпературу плаўлення, чым карбід гафнія.

Аднак на дадзены момант удзельная тэмпература плаўлення новага матэрыялу вышэй за 4000 градусаў па Цэльсіі і не можа быць дакладна вызначана ў лабараторыі. У будучыні каманда плануе правесці эксперыменты па вымярэнні тэмпературы плаўлення метадам высокатэмпературнай піраметрыі з дапамогай лазера або электрычнага супраціву. Яны таксама плануюць вывучыць прадукцыйнасць атрыманага карбанітрыду гафнію ў гіпергукавых умовах, што будзе актуальна для далейшага прымянення ў аэракасмічнай прамысловасці.