Un grupo de científicos de NUST MISIS desarrolló un material cerámico con el punto de fusión más alto entre los compuestos conocidos actualmente. Debido a la combinación única de propiedades físicas, mecánicas y térmicas, el material es prometedor para su uso en los componentes más cargados de calor de los aviones, como carenados de morro, motores a reacción y bordes frontales afilados de alas que operan a temperaturas superiores a 2000 grados C. Los resultados se publican en Ceramics International.

Muchas agencias espaciales líderes (NASA, ESA, así como agencias de Japón,Porcelanae India) están desarrollando activamente aviones espaciales reutilizables, lo que reducirá significativamente el costo de llevar personas y carga a la órbita, así como reducirá los intervalos de tiempo entre vuelos.

“Actualmente se han logrado resultados significativos en el desarrollo de este tipo de dispositivos. Por ejemplo, reducir el radio de redondeo de los bordes delanteros afilados de las alas a unos pocos centímetros conduce a un aumento significativo de la sustentación y la maniobrabilidad, además de reducir la resistencia aerodinámica. Sin embargo, al salir de la atmósfera y volver a entrar en ella, en la superficie de las alas del avión espacial se pueden observar temperaturas de unos 2000 grados C, llegando a los 4000 grados C en el borde mismo. Por lo tanto, cuando se trata de aviones de este tipo, surge la cuestión de la creación y desarrollo de nuevos materiales que puedan funcionar a temperaturas tan altas”, dice Dmitry Moskovskikh, director del Centro de Materiales Cerámicos de Construcción de NUST MISIS.

Durante los últimos desarrollos, el objetivo de los científicos era crear un material con el punto de fusión más alto y altas propiedades mecánicas. Se eligió el sistema triple hafnio-carbono-nitrógeno, carbonitruro de hafnio (Hf-CN), ya que científicos de la Universidad de Brown (EE.UU.) predijeron previamente que el carbonitruro de hafnio tendría una alta conductividad térmica y resistencia a la oxidación, así como el punto de fusión más alto. punto entre todos los compuestos conocidos (aproximadamente 4200 grados C).

Utilizando el método de síntesis autopropagante a alta temperatura, los científicos de NUSTMISIS obtuvieron HfC0,5N0,35 (carbonitruro de hafnio) cercano a la composición teórica, con una dureza elevada de 21,3 GPa, que es incluso mayor que la de los nuevos materiales prometedores. tales como ZrB2/SiC (20,9 GPa) y HfB2/SiC/TaSi2 (18,1 GPa).

“Es difícil medir el punto de fusión de un material cuando supera los 4.000 grados С. Por lo tanto, decidimos comparar las temperaturas de fusión del compuesto sintetizado y el campeón original, el carburo de hafnio. Para ello, colocamos muestras comprimidas de HFC y HfCN en una placa de grafito con forma de mancuerna y cubrimos la parte superior con una placa similar para evitar la pérdida de calor”, dice Veronika Buinevich, estudiante de posgrado de NUST MISIS.

Luego, lo conectaron a una batería usandoelectrodos de molibdeno. Todas las pruebas se realizaron en un profundovacío. Dado que las secciones transversales de las placas de grafito son diferentes, la temperatura máxima se alcanzó en la parte más estrecha. Los resultados del calentamiento simultáneo del nuevo material, carbonitruro y carburo de hafnio, mostraron que el carbonitruro tiene un punto de fusión más alto que el carburo de hafnio.

Sin embargo, por el momento el punto de fusión específico del nuevo material se sitúa por encima de los 4.000 grados C y no se ha podido determinar con precisión en el laboratorio. En el futuro, el equipo planea realizar experimentos para medir la temperatura de fusión mediante pirometría de alta temperatura utilizando un láser o una resistencia eléctrica. También planean estudiar el rendimiento del carbonitruro de hafnio resultante en condiciones hipersónicas, lo que será relevante para futuras aplicaciones en la industria aeroespacial.