Un groupe de scientifiques de NUST MISIS a développé un matériau céramique présentant le point de fusion le plus élevé parmi les composés actuellement connus. En raison de la combinaison unique de propriétés physiques, mécaniques et thermiques, le matériau est prometteur pour une utilisation dans les composants d'avions les plus sollicités en chaleur, tels que les carénages avant, les moteurs à réaction et les bords avant tranchants des ailes fonctionnant à des températures supérieures à 2 000 °C. Les résultats sont publiés dans Ceramics International.

De nombreuses agences spatiales de premier plan (NASA, ESA, ainsi que les agences japonaises,Chineet l'Inde) développent activement des avions spatiaux réutilisables, qui réduiront considérablement le coût de mise en orbite des personnes et des marchandises, ainsi que les intervalles de temps entre les vols.

« Actuellement, des résultats significatifs ont été obtenus dans le développement de tels dispositifs. Par exemple, réduire le rayon d'arrondi des bords avant tranchants des ailes à quelques centimètres entraîne une augmentation significative de la portance et de la maniabilité, ainsi qu'une réduction de la traînée aérodynamique. Cependant, à la sortie de l'atmosphère et à la rentrée, à la surface des ailes de l'avion spatial, des températures d'environ 2 000 degrés Celsius peuvent être observées, atteignant 4 000 degrés Celsius à l'extrême bord. Par conséquent, lorsqu'il s'agit de tels avions, se pose la question de la création et du développement de nouveaux matériaux capables de fonctionner à des températures aussi élevées », explique Dmitry Moskovskikh, directeur du Centre NUST MISIS pour les matériaux céramiques de construction.

Lors des développements récents, l'objectif des scientifiques était de créer un matériau ayant le point de fusion le plus élevé et des propriétés mécaniques élevées. Le système triple hafnium-carbone-azote, le carbonitrure de hafnium (Hf-CN), a été choisi, car des scientifiques de l'Université Brown (États-Unis) avaient prédit précédemment que le carbonitrure de hafnium aurait une conductivité thermique et une résistance à l'oxydation élevées, ainsi que le point de fusion le plus élevé. point parmi tous les composés connus (environ 4200 degrés C).

Grâce à la méthode de synthèse auto-propagée à haute température, les scientifiques de NUSTMISIS ont obtenu du HfC0,5N0,35 (carbonitrure d'hafnium) proche de la composition théorique, avec une dureté élevée de 21,3 GPa, encore plus élevée que celle des nouveaux matériaux prometteurs. tels que ZrB2/SiC (20,9 GPa) et HfB2/SiC/TaSi2 (18,1 GPa).

« Il est difficile de mesurer le point de fusion d'un matériau lorsqu'il dépasse 4 000 degrés Celsius. Par conséquent, nous avons décidé de comparer les températures de fusion du composé synthétisé et du champion original, le carbure d’hafnium. Pour ce faire, nous avons placé des échantillons compressés de HFC et de HfCN sur une plaque de graphite en forme d'haltère et avons recouvert le dessus d'une plaque similaire pour éviter les pertes de chaleur », explique Veronika Buinevich, étudiante de troisième cycle à NUST MISIS.

Ensuite, ils l'ont connecté à une batterie en utilisantélectrodes de molybdène. Tous les tests ont été effectués en profondeurvide. Comme la section transversale des plaques de graphite diffère, la température maximale a été atteinte dans la partie la plus étroite. Les résultats du chauffage simultané du nouveau matériau, le carbonitrure, et du carbure d'hafnium, ont montré que le carbonitrure a un point de fusion plus élevé que le carbure d'hafnium.

Cependant, à l’heure actuelle, le point de fusion spécifique du nouveau matériau est supérieur à 4 000 degrés Celsius et n’a pas pu être déterminé avec précision en laboratoire. À l’avenir, l’équipe prévoit de mener des expériences sur la mesure de la température de fusion par pyrométrie à haute température à l’aide d’un laser ou d’une résistance électrique. Ils prévoient également d’étudier les performances du carbonitrure d’hafnium obtenu dans des conditions hypersoniques, ce qui sera pertinent pour des applications ultérieures dans l’industrie aérospatiale.