Ryhmä NUST MISISin tutkijoita kehitti keraamisen materiaalin, jolla on korkein sulamispiste tällä hetkellä tunnetuista yhdisteistä. Ainutlaatuisen fysikaalisten, mekaanisten ja termisten ominaisuuksien yhdistelmän ansiosta materiaali on lupaava käytettäväksi lentokoneiden lämpökuormitetuimmissa komponenteissa, kuten nokkasuojuksissa, suihkumoottoreissa ja yli 2000 asteen lämpötiloissa toimivissa siipien terävissä etureunaissa. Tulokset on julkaistu Ceramics Internationalissa.

Monet johtavat avaruusjärjestöt (NASA, ESA sekä Japanin virastot,Kiinaja Intia) kehittävät aktiivisesti uudelleenkäytettäviä avaruuslentokoneita, mikä vähentää merkittävästi ihmisten ja rahdin kiertoradalle kuljettamisen kustannuksia sekä lyhentää lentojen välisiä aikavälejä.

”Tällaisten laitteiden kehittämisessä on tällä hetkellä saavutettu merkittäviä tuloksia. Esimerkiksi siipien terävien etureunojen pyöristyssäteen pienentäminen muutamaan senttimetriin lisää merkittävästi nostokykyä ja ohjattavuutta sekä vähentää aerodynaamista vastusta. Kuitenkin ilmakehästä poistuttaessa ja takaisin sisään avaruuslentokoneen siipien pinnalla voidaan havaita noin 2000 asteen lämpötiloja, jotka saavuttavat 4000 asteen lämpötilan aivan reunalla. Siksi kun kyse on tällaisista lentokoneista, kysymys liittyy uusien materiaalien luomiseen ja kehittämiseen, jotka voivat toimia niin korkeissa lämpötiloissa", sanoo Dmitry Moskovskikh, NUST MISIS -keskuksen rakennuskeraamisten materiaalien johtaja.

Viimeaikaisen kehityksen aikana tutkijoiden tavoitteena oli luoda materiaali, jolla on korkein sulamispiste ja korkeat mekaaniset ominaisuudet. Kolminkertainen hafnium-hiili-typpijärjestelmä, hafniumkarbonitridi (Hf-CN), valittiin, koska Brownin yliopiston (USA) tutkijat ennustivat aiemmin, että hafniumkarbonitridillä olisi korkea lämmönjohtavuus ja hapettumisenkestävyys sekä korkein sulamiskyky. pisteen kaikkien tunnettujen yhdisteiden joukossa (noin 4200 astetta C).

Itse leviävän korkean lämpötilan synteesin menetelmää käyttäen NUSTMISIS-tutkijat saivat HfC0,5N0,35:tä (hafniumkarbonitridi) lähellä teoreettista koostumusta, jonka korkea kovuus on 21,3 GPa, mikä on jopa korkeampi kuin uusissa lupaavissa materiaaleissa. kuten ZrB2/SiC (20,9 GPa) ja HfB2/SiC/TaSi2 (18,1 GPa).

”Materiaalin sulamispistettä on vaikea mitata, kun lämpötila ylittää 4000 astetta. Siksi päätimme verrata syntetisoidun yhdisteen ja alkuperäisen mestarin, hafniumkarbidin, sulamislämpötiloja. Tätä varten asetimme puristetut HFC- ja HfCN-näytteet käsipainon muotoiselle grafiittilevylle ja peittimme yläosan vastaavalla levyllä lämpöhäviön välttämiseksi”, sanoo Veronika Buinevich, NUST MISIS -tutkinto-opiskelija.

Seuraavaksi he liittivät sen akkuun käyttämällämolybdeenielektrodit. Kaikki testit tehtiin syvällätyhjiö. Koska grafiittilevyjen poikkileikkaus vaihtelee, maksimilämpötila saavutettiin kapeimpaan kohtaan. Uuden materiaalin, karbonitridin ja hafniumkarbidin samanaikaisen kuumentamisen tulokset osoittivat, että karbonitridillä on korkeampi sulamispiste kuin hafniumkarbidilla.

Tällä hetkellä uuden materiaalin ominaissulamispiste on kuitenkin yli 4000 astetta C, eikä sitä voida määrittää tarkasti laboratoriossa. Jatkossa tiimi aikoo tehdä kokeita sulamislämpötilan mittaamiseksi korkean lämpötilan pyrometrialla laserilla tai sähkövastuksen avulla. He aikovat myös tutkia tuloksena olevan hafniumkarbonitridin suorituskykyä yliääniolosuhteissa, mikä on merkityksellistä jatkossa käytettäväksi ilmailuteollisuudessa.