En gruppe videnskabsmænd fra NUST MISIS udviklede et keramisk materiale med det højeste smeltepunkt blandt aktuelt kendte forbindelser. På grund af den unikke kombination af fysiske, mekaniske og termiske egenskaber er materialet lovende til brug i de mest varmebelastede komponenter i fly, såsom næsebeklædninger, jetmotorer og skarpe forkanter af vinger, der opererer ved temperaturer over 2000 grader C. Resultaterne er offentliggjort i Ceramics International.

Mange førende rumorganisationer (NASA, ESA, såvel som agenturer i Japan,Kinaog Indien) udvikler aktivt genanvendelige rumfly, hvilket vil reducere omkostningerne ved at levere mennesker og gods til kredsløb betydeligt, samt reducere tidsintervallerne mellem flyvninger.

"I øjeblikket er der opnået betydelige resultater i udviklingen af ​​sådanne enheder. For eksempel fører reduktion af afrundingsradius af vingernes skarpe forkanter til nogle få centimeter til en betydelig stigning i løft og manøvredygtighed, samt reduktion af aerodynamisk modstand. Men når man forlader atmosfæren og går ind i den igen, på overfladen af ​​vingerne på rumplanet, kan der observeres temperaturer på omkring 2000 grader C, der når 4000 grader C helt i kanten. Derfor, når det kommer til sådanne fly, er der et spørgsmål forbundet med skabelsen og udviklingen af ​​nye materialer, der kan arbejde ved så høje temperaturer,” siger Dmitry Moskovskikh, leder af NUST MISIS Center for Constructional Ceramic Materials.

Under den seneste udvikling var målet for videnskabsmændene at skabe et materiale med det højeste smeltepunkt og høje mekaniske egenskaber. Det tredobbelte hafnium-carbon-nitrogen-system, hafniumcarbonitrid (Hf-CN), blev valgt, da forskere fra Brown University (US) tidligere forudsagde, at hafniumcarbonitrid ville have en høj varmeledningsevne og modstandsdygtighed over for oxidation, samt den højeste smeltning punkt blandt alle kendte forbindelser (ca. 4200 grader C).

Ved at bruge metoden til selvformerende højtemperatursyntese opnåede NUSTMISIS-forskerne HfC0.5N0.35, (hafniumcarbonitrid) tæt på den teoretiske sammensætning, med en høj hårdhed på 21,3 GPa, hvilket er endnu højere end i nye lovende materialer, såsom ZrB2/SiC (20,9 GPa) og HfB2/SiC/TaSi2 (18,1 GPa).

"Det er svært at måle et materiales smeltepunkt, når det overstiger 4000 grader С. Derfor besluttede vi at sammenligne smeltetemperaturerne for den syntetiserede forbindelse og den originale mester, hafniumcarbid. For at gøre dette placerede vi komprimerede HFC- og HfCN-prøver på en grafitplade formet som en håndvægt og dækkede toppen med en lignende plade for at undgå varmetab,” siger Veronika Buinevich, NUST MISIS postgraduate-studerende.

Dernæst sluttede de det til et batteri ved hjælp afmolybdæn elektroder. Alle test blev udført i en dybvakuum. Da tværsnittet af grafitplader er forskelligt, blev den maksimale temperatur nået i den smalleste del. Resultaterne af samtidig opvarmning af det nye materiale, carbonitrid og hafniumcarbid, viste, at carbonitridet har et højere smeltepunkt end hafniumcarbid.

Men i øjeblikket er det specifikke smeltepunkt for det nye materiale over 4000 grader C, og det kunne ikke bestemmes præcist i laboratoriet. I fremtiden planlægger holdet at udføre eksperimenter med at måle smeltetemperaturen ved højtemperaturpyrometri ved hjælp af en laser eller elektrisk modstand. De planlægger også at studere ydeevnen af ​​det resulterende hafniumcarbonitrid under hypersoniske forhold, hvilket vil være relevant for yderligere anvendelse i rumfartsindustrien.