Grupa naučnika iz NUST MISIS razvila je keramički materijal sa najvišom tačkom topljenja među trenutno poznatim jedinjenjima. Zbog jedinstvene kombinacije fizičkih, mehaničkih i termičkih svojstava, materijal je perspektivan za upotrebu u toplotno najopterećenijim komponentama aviona, kao što su nosni oklopi, mlazni motori i oštre prednje ivice krila koje rade na temperaturama iznad 2000 stepeni C. Rezultati su objavljeni u Ceramics International.

Mnoge vodeće svemirske agencije (NASA, ESA, kao i agencije Japana,Kinai Indija) aktivno razvijaju svemirske avione za višekratnu upotrebu, što će značajno smanjiti troškove isporuke ljudi i tereta u orbitu, kao i smanjiti vremenske intervale između letova.

“Trenutno su postignuti značajni rezultati u razvoju ovakvih uređaja. Na primjer, smanjenje radijusa zaokruživanja oštrih prednjih rubova krila na nekoliko centimetara dovodi do značajnog povećanja uzgona i manevriranja, kao i do smanjenja aerodinamičkog otpora. Međutim, pri izlasku iz atmosfere i ponovnom ulasku u nju, na površini krila svemirskog aviona mogu se uočiti temperature od oko 2000 stepeni C, koje dostižu 4000 stepeni C na samoj ivici. Stoga, kada je riječ o ovakvim avionima, postavlja se pitanje vezano za stvaranje i razvoj novih materijala koji mogu raditi na tako visokim temperaturama“, kaže Dmitrij Moskovskikh, rukovodilac Centra za građevinske keramičke materijale NUST MISIS.

Tokom nedavnog razvoja, cilj naučnika je bio da stvore materijal sa najvišom tačkom topljenja i visokim mehaničkim svojstvima. Odabran je trostruki sistem hafnijum-ugljenik-azot, hafnijum karbonitrid (Hf-CN), pošto su naučnici sa Univerziteta Brown (SAD) ranije predvideli da će hafnijum karbonitrid imati visoku toplotnu provodljivost i otpornost na oksidaciju, kao i najveće topljenje. tačka među svim poznatim jedinjenjima (približno 4200 stepeni C).

Metodom samopropagirajuće visokotemperaturne sinteze, naučnici NUSTMISIS-a su dobili HfC0.5N0.35, (hafnijev karbonitrid) bliskog teoretskom sastavu, visoke tvrdoće od 21,3 GPa, što je čak i više nego kod novih perspektivnih materijala, kao što su ZrB2/SiC (20,9 GPa) i HfB2/SiC/TaSi2 (18,1 GPa).

„Teško je izmeriti tačku topljenja materijala kada temperatura prelazi 4000 stepeni C. Stoga smo odlučili da uporedimo temperature topljenja sintetizovanog jedinjenja i originalnog šampiona, hafnijum karbida. Da bismo to uradili, stavili smo komprimovane uzorke HFC i HfCN na grafitnu ploču u obliku bučice, a gornji deo pokrili sličnom pločom da bismo izbegli gubitak toplote“, kaže Veronika Buinevič, student postdiplomskog studija NUST MISIS.

Zatim su ga spojili na bateriju koristećimolibdenske elektrode. Svi testovi su obavljeni u dubinivakuum. Budući da je poprečni presjek grafitnih ploča različit, maksimalna temperatura je postignuta u najužem dijelu. Rezultati istovremenog zagrijavanja novog materijala, karbonitrida i hafnij karbida, pokazali su da karbonitrid ima višu tačku topljenja od hafnij karbida.

Međutim, trenutno je specifična tačka topljenja novog materijala iznad 4000 stepeni C i nije se mogla precizno odrediti u laboratoriji. Tim u budućnosti planira provesti eksperimente mjerenja temperature topljenja visokotemperaturnom pirometrijom pomoću lasera ili električnog otpora. Oni također planiraju proučavati performanse dobivenog hafnij karbonitrida u hipersoničnim uvjetima, što će biti relevantno za dalju primjenu u avio industriji.