Rühm NUST MISISe teadlasi töötas välja keraamilise materjali, millel on praegu teadaolevatest ühenditest kõrgeim sulamistemperatuur. Füüsikaliste, mehaaniliste ja termiliste omaduste ainulaadse kombinatsiooni tõttu on materjal paljutõotav kasutamiseks lennukite kõige suurema kuumusega komponentides, nagu ninasõõrmed, reaktiivmootorid ja tiibade teravad esiservad, mis töötavad temperatuuril üle 2000 kraadi C. Tulemused avaldatakse ajakirjas Ceramics International.

Paljud juhtivad kosmoseagentuurid (NASA, ESA, aga ka Jaapani agentuurid,Hiinaja India) arendavad aktiivselt korduvkasutatavaid kosmoselennukeid, mis vähendab oluliselt inimeste ja lasti orbiidile toimetamise kulusid ning vähendab lendude vahelisi ajavahemikke.

“Praegu on selliste seadmete arendamisel saavutatud märkimisväärseid tulemusi. Näiteks tiibade teravate esiservade ümardusraadiuse vähendamine mõne sentimeetrini toob kaasa tõstevõime ja manööverdusvõime olulise suurenemise ning aerodünaamilise takistuse vähenemise. Atmosfäärist väljudes ja sinna uuesti sisenedes võib aga kosmoselennuki tiibade pinnal täheldada umbes 2000 kraadi C temperatuure, mis ulatuvad päris servas 4000 kraadini C. Seetõttu on selliste lennukite puhul küsimus uute materjalide loomise ja väljatöötamisega, mis suudavad töötada nii kõrgetel temperatuuridel,“ ütleb NUST MISISe ehituskeraamiliste materjalide keskuse juht Dmitri Moskovskikh.

Viimaste arengute käigus oli teadlaste eesmärk luua kõrgeima sulamistemperatuuri ja kõrgete mehaaniliste omadustega materjal. Valiti kolmekordne hafnium-süsinik-lämmastiku süsteem, hafniumkarbonitriid (Hf-CN), kuna Browni ülikooli (USA) teadlased ennustasid varem, et hafniumkarbonitriidil on kõrge soojusjuhtivus ja vastupidavus oksüdatsioonile ning kõrgeim sulamistemperatuur. punkt kõigi teadaolevate ühendite hulgas (ligikaudu 4200 kraadi C).

Kasutades isepaljuva kõrgtemperatuurse sünteesi meetodit, said NUSTMISISe teadlased teoreetilisele koostisele lähedase HfC0,5N0,35 (hafniumkarbonitriid) suure kõvadusega 21,3 GPa, mis on isegi kõrgem kui uutel paljulubavatel materjalidel. nagu ZrB2/SiC (20,9 GPa) ja HfB2/SiC/TaSi2 (18,1 GPa).

„Raske on mõõta materjali sulamistemperatuuri, kui temperatuur ületab 4000 kraadi С. Seetõttu otsustasime võrrelda sünteesitud ühendi ja algse tšempioni hafniumkarbiidi sulamistemperatuure. Selleks asetasime kokkusurutud HFC- ja HfCN-proovid hantlikujulisele grafiitplaadile ja katsime ülaosa sarnase plaadiga, et vältida soojuskadu,” räägib NUST MISISe magistrant Veronika Buinevitš.

Järgmisena ühendasid nad selle akuga, kasutadesmolübdeenelektroodid. Kõik testid viidi läbi sügavasvaakum. Kuna grafiitplaatide ristlõige on erinev, saavutati maksimaalne temperatuur kõige kitsamas kohas. Uue materjali, karbonitriidi ja hafniumkarbiidi samaaegse kuumutamise tulemused näitasid, et karbonitriidi sulamistemperatuur on kõrgem kui hafniumkarbiidil.

Kuid hetkel on uue materjali sulamistemperatuur üle 4000 kraadi C ja seda ei olnud võimalik laboris täpselt määrata. Tulevikus kavatseb meeskond läbi viia katseid sulamistemperatuuri mõõtmiseks kõrgtemperatuurse püromeetria abil, kasutades laserit või elektritakistust. Samuti kavatsevad nad uurida saadud hafniumkarbonitriidi toimivust hüperhelitingimustes, mis on olulised edasiseks kasutamiseks kosmosetööstuses.