Skupina vědců z NUST MISIS vyvinula keramický materiál s nejvyšším bodem tání mezi aktuálně známými sloučeninami. Díky unikátní kombinaci fyzikálních, mechanických a tepelných vlastností je materiál perspektivní pro použití v tepelně nejvíce zatěžovaných součástech letadel, jako jsou příďové kapotáže, proudové motory a ostré přední hrany křídel pracujících při teplotách nad 2000 stupňů C. Výsledky jsou publikovány v Ceramics International.

Mnoho předních vesmírných agentur (NASA, ESA, stejně jako agentury Japonska,Čínaa Indie) aktivně vyvíjejí znovupoužitelná kosmická letadla, která výrazně sníží náklady na dopravu lidí a nákladu na oběžnou dráhu a také zkrátí časové intervaly mezi lety.

„V současné době bylo dosaženo významných výsledků ve vývoji takových zařízení. Například zmenšení poloměru zaoblení ostrých předních hran křídel na několik centimetrů vede k výraznému zvýšení vztlaku a manévrovatelnosti a také ke snížení aerodynamického odporu. Při výstupu z atmosféry a opětovném vstupu do ní však lze na povrchu křídel kosmického letounu pozorovat teploty kolem 2000 stupňů C, na samém okraji dosahují 4000 stupňů C. Proto, pokud jde o taková letadla, vyvstává otázka spojená s tvorbou a vývojem nových materiálů, které mohou pracovat při tak vysokých teplotách,“ říká Dmitrij Moskovskikh, vedoucí Centra pro konstrukční keramické materiály NUST MISIS.

Během nedávného vývoje bylo cílem vědců vytvořit materiál s nejvyšším bodem tání a vysokými mechanickými vlastnostmi. Byl vybrán trojitý systém hafnium-uhlík-dusík, karbonitrid hafnia (Hf-CN), protože vědci z Brown University (USA) dříve předpověděli, že karbonitrid hafnia bude mít vysokou tepelnou vodivost a odolnost vůči oxidaci, stejně jako nejvyšší bod tání. bod mezi všemi známými sloučeninami (přibližně 4200 stupňů C).

Pomocí metody samo se šířící vysokoteplotní syntézy získali vědci NUSTMISIS HfC0,5N0,35, (karbonitrid hafnia) blízké teoretickému složení, s vysokou tvrdostí 21,3 GPa, která je ještě vyšší než u nových slibných materiálů, jako je ZrB2/SiC (20,9 GPa) a HfB2/SiC/TaSi2 (18,1 GPa).

„Je těžké změřit bod tání materiálu, když je více než 4000 stupňů С. Proto jsme se rozhodli porovnat teploty tání syntetizované sloučeniny a původního šampióna, karbidu hafnia. Abychom toho dosáhli, umístili jsme komprimované vzorky HFC a HfCN na grafitovou desku ve tvaru činky a horní stranu jsme přikryli podobnou deskou, abychom zabránili tepelným ztrátám,“ říká Veronika Buinevich, postgraduální studentka NUST MISIS.

Poté jej připojili k baterii pomocímolybdenové elektrody. Všechny testy byly provedeny v hloubcevakuum. Protože se průřez grafitových desek liší, bylo maximální teploty dosaženo v nejužší části. Výsledky současného ohřevu nového materiálu, karbonitridu a karbidu hafnia, ukázaly, že karbonitrid má vyšší bod tání než karbid hafnia.

V tuto chvíli je však specifický bod tání nového materiálu vyšší než 4000 stupňů C a v laboratoři jej nelze přesně určit. V budoucnu tým plánuje provádět experimenty měření teploty tání pomocí vysokoteplotní pyrometrie pomocí laseru nebo elektrického odporu. Plánují také studovat výkonnost výsledného karbonitridu hafnia v hypersonických podmínkách, což bude relevantní pro další aplikaci v leteckém průmyslu.