Un grupo de científicos de NUST MISIS desenvolveu un material cerámico co punto de fusión máis alto entre os compostos actualmente coñecidos. Debido á combinación única de propiedades físicas, mecánicas e térmicas, o material é prometedor para o seu uso nos compoñentes máis cargados de calor dos avións, como carenados de morro, motores a reacción e bordos dianteiros afiados das ás que funcionan a temperaturas superiores a 2000 graos C. Os resultados publícanse en Ceramics International.

Moitas axencias espaciais líderes (NASA, ESA, así como axencias de Xapón,Chinae India) están desenvolvendo activamente avións espaciais reutilizables, o que reducirá significativamente o custo de entrega de persoas e carga á órbita, así como reducirá os intervalos de tempo entre voos.

“Na actualidade conseguíronse resultados significativos no desenvolvemento deste tipo de dispositivos. Por exemplo, reducir o raio de redondeo dos bordos dianteiros afiados das ás a uns poucos centímetros leva a un aumento significativo da sustentación e da manobra, así como a redución da resistencia aerodinámica. Porén, ao saír da atmosfera e volver entrar nela, na superficie das ás do avión espacial pódense observar temperaturas duns 2000 graos C, chegando a alcanzar os 4000 graos C no propio bordo. Polo tanto, cando se trata de avións deste tipo, hai unha cuestión asociada á creación e desenvolvemento de novos materiais que poidan funcionar a temperaturas tan altas ", di Dmitry Moskovskikh, xefe do Centro NUST MISIS de materiais cerámicos de construción.

Durante os desenvolvementos recentes, o obxectivo dos científicos era crear un material co maior punto de fusión e altas propiedades mecánicas. Elixiuse o sistema triplo de hafnio-carbono-nitróxeno, o carbonitruro de hafnio (Hf-CN), xa que os científicos da Universidade de Brown (EE. punto entre todos os compostos coñecidos (aproximadamente 4200 graos C).

Usando o método de síntese de alta temperatura de autopropagación, os científicos de NUSTMISIS obtiveron HfC0.5N0.35, (carbonitruro de hafnio) próximo á composición teórica, cunha alta dureza de 21,3 GPa, que é aínda maior que nos novos materiais prometedores, como ZrB2/SiC (20,9 GPa) e HfB2/SiC/TaSi2 (18,1 GPa).

"É difícil medir o punto de fusión dun material cando supera os 4000 graos С. Por iso, decidimos comparar as temperaturas de fusión do composto sintetizado e do campión orixinal, o carburo de hafnio. Para iso, colocamos mostras comprimidas de HFC e HfCN nunha placa de grafito con forma de mancuerna e cubrimos a parte superior cunha placa similar para evitar a perda de calor", di Veronika Buinevich, estudante de posgrao de NUST MISIS.

A continuación, conectárono a unha batería usandoelectrodos de molibdeno. Todas as probas foron realizadas en profundidadebaleiro. Dado que a sección transversal das placas de grafito é diferente, a temperatura máxima alcanzouse na parte máis estreita. Os resultados do quecemento simultáneo do novo material, carbonitruro e carburo de hafnio, mostraron que o carbonitruro ten un punto de fusión máis alto que o carburo de hafnio.

Non obstante, polo momento, o punto de fusión específico do novo material está por encima dos 4000 graos C, e non se puido determinar con precisión no laboratorio. No futuro, o equipo planea realizar experimentos para medir a temperatura de fusión mediante pirometría a alta temperatura usando un láser ou resistencia eléctrica. Tamén teñen previsto estudar o rendemento do carbonitruro de hafnio resultante en condicións hipersónicas, que serán relevantes para a súa posterior aplicación na industria aeroespacial.