Un grup de científics de NUST MISIS va desenvolupar un material ceràmic amb el punt de fusió més alt entre els compostos coneguts actualment. A causa de la combinació única de propietats físiques, mecàniques i tèrmiques, el material és prometedor per al seu ús en els components més carregats de calor dels avions, com ara carenats de morro, motors a reacció i vores frontals afilades de les ales que funcionen a temperatures superiors als 2000 graus C. Els resultats es publiquen a Ceramics International.

Moltes agències espacials líders (NASA, ESA, així com agències del Japó,Xinai l'Índia) estan desenvolupant activament avions espacials reutilitzables, que reduiran significativament el cost del lliurament de persones i càrrega a l'òrbita, així com reduiran els intervals de temps entre vols.

“Actualment, s'han aconseguit resultats significatius en el desenvolupament d'aquests dispositius. Per exemple, reduir el radi d'arrodoniment de les vores frontals afilades de les ales a uns quants centímetres comporta un augment significatiu de la sustentació i la maniobrabilitat, així com una reducció de la resistència aerodinàmica. Tanmateix, en sortir de l'atmosfera i tornar-hi a entrar, a la superfície de les ales de l'avió espacial, es poden observar temperatures d'uns 2000 graus C, arribant als 4000 graus C a la vora mateix. Per tant, quan es tracta d'aeronaus d'aquest tipus, hi ha una qüestió associada a la creació i desenvolupament de nous materials que puguin funcionar a temperatures tan elevades ", diu Dmitry Moskovskikh, cap del Centre NUST MISIS per a materials ceràmics de construcció.

Durant els últims desenvolupaments, l'objectiu dels científics era crear un material amb el punt de fusió més alt i les propietats mecàniques elevades. Es va escollir el sistema triple d'hafni-carboni-nitrogen, carbonitrur d'hafni (Hf-CN), ja que els científics de la Universitat de Brown (EUA) van predir anteriorment que el carbonitrur d'hafni tindria una alta conductivitat tèrmica i resistència a l'oxidació, així com la fusió més alta. punt entre tots els compostos coneguts (aproximadament 4200 graus C).

Mitjançant el mètode de síntesi d'alta temperatura d'autopropagació, els científics de NUSTMISIS van obtenir HfC0.5N0.35, (carbonitrur d'hafni) proper a la composició teòrica, amb una alta duresa de 21,3 GPa, que és fins i tot més alta que en nous materials prometedors, com ara ZrB2/SiC (20,9 GPa) i HfB2/SiC/TaSi2 (18,1 GPa).

"És difícil mesurar el punt de fusió d'un material quan supera els 4000 graus С. Per tant, vam decidir comparar les temperatures de fusió del compost sintetitzat i del campió original, el carbur d'hafni. Per fer-ho, vam col·locar mostres comprimides de HFC i HfCN en una placa de grafit amb forma de mancuerna i vam cobrir la part superior amb una placa similar per evitar la pèrdua de calor", diu Veronika Buinevich, estudiant de postgrau de NUST MISIS.

A continuació, el van connectar a una bateria mitjançantelèctrodes de molibdè. Totes les proves es van realitzar en profunditatbuit. Com que la secció transversal de les plaques de grafit és diferent, la temperatura màxima es va assolir a la part més estreta. Els resultats de l'escalfament simultani del nou material, carbonitrur i carbur d'hafni, van demostrar que el carbonitrur té un punt de fusió més alt que el carbur d'hafni.

No obstant això, de moment, el punt de fusió específic del nou material està per sobre dels 4000 graus C, i no s'ha pogut determinar amb precisió al laboratori. En el futur, l'equip té previst dur a terme experiments per mesurar la temperatura de fusió mitjançant pirometria d'alta temperatura mitjançant un làser o una resistència elèctrica. També tenen previst estudiar el rendiment del carbonitrur d'hafni resultant en condicions hipersòniques, que serà rellevant per a una aplicació posterior a la indústria aeroespacial.