Grupa znanstvenika s NUST MISIS razvila je keramički materijal s najvišom točkom taljenja među trenutno poznatim spojevima. Zbog jedinstvene kombinacije fizikalnih, mehaničkih i toplinskih svojstava, materijal je obećavajući za upotrebu u toplinski najopterećenijim komponentama zrakoplova, kao što su prednje obloge, mlazni motori i oštri prednji rubovi krila koji rade na temperaturama iznad 2000 stupnjeva C. Rezultati su objavljeni u Ceramics International.

Mnoge vodeće svemirske agencije (NASA, ESA, kao i agencije Japana,Kinai Indija) aktivno razvijaju svemirske zrakoplove za višekratnu upotrebu, što će značajno smanjiti troškove isporuke ljudi i tereta u orbitu, kao i smanjiti vremenske intervale između letova.

“Trenutno su postignuti značajni rezultati u razvoju takvih uređaja. Na primjer, smanjenje polumjera zaobljenja oštrih prednjih rubova krila na nekoliko centimetara dovodi do značajnog povećanja uzgona i manevarskih sposobnosti, kao i smanjenja aerodinamičkog otpora. Međutim, pri izlasku iz atmosfere i ponovnom ulasku u nju, na površini krila svemirskog aviona mogu se primijetiti temperature od oko 2000 stupnjeva C, koje dosežu 4000 stupnjeva C na samom rubu. Stoga, kada je riječ o takvim letjelicama, postavlja se pitanje vezano uz stvaranje i razvoj novih materijala koji mogu raditi na tako visokim temperaturama”, kaže Dmitry Moskovskikh, voditelj NUST MISIS Centra za konstrukcijske keramičke materijale.

Tijekom nedavnih razvoja, cilj znanstvenika bio je stvoriti materijal s najvišom točkom taljenja i visokim mehaničkim svojstvima. Odabran je trostruki sustav hafnij-ugljik-dušik, hafnijev karbonitrid (Hf-CN), jer su znanstvenici sa Sveučilišta Brown (SAD) prethodno predvidjeli da će hafnijev karbonitrid imati visoku toplinsku vodljivost i otpornost na oksidaciju, kao i najveće talište točka među svim poznatim spojevima (približno 4200 stupnjeva C).

Koristeći metodu samopropagirajuće visokotemperaturne sinteze, znanstvenici NUSTMISIS-a dobili su HfC0,5N0,35, (hafnijev karbonitrid) blizak teoretskom sastavu, s visokom tvrdoćom od 21,3 GPa, što je čak više nego kod novih obećavajućih materijala, kao što su ZrB2/SiC (20,9 GPa) i HfB2/SiC/TaSi2 (18,1 GPa).

“Teško je izmjeriti talište materijala kada prelazi 4000 stupnjeva C. Stoga smo odlučili usporediti temperature taljenja sintetiziranog spoja i izvornog šampiona, hafnijevog karbida. Da bismo to učinili, stavili smo komprimirane HFC i HfCN uzorke na grafitnu ploču u obliku bućice i prekrili vrh sličnom pločom kako bismo izbjegli gubitak topline,” kaže Veronika Buinevich, studentica poslijediplomskog studija NUST MISIS.

Zatim su ga spojili na bateriju pomoćumolibdenske elektrode. Sva su ispitivanja obavljena u dubokoj dubinivakuum. Budući da je presjek grafitnih ploča različit, maksimalna temperatura postignuta je u najužem dijelu. Rezultati istovremenog zagrijavanja novog materijala, karbonitrida i hafnijevog karbida, pokazali su da karbonitrid ima više talište od hafnijevog karbida.

Međutim, trenutačno je specifično talište novog materijala iznad 4000 stupnjeva C i ne može se precizno odrediti u laboratoriju. U budućnosti, tim planira provesti pokuse mjerenja temperature taljenja visokotemperaturnom pirometrijom pomoću lasera ili električnog otpora. Također planiraju proučavati performanse dobivenog hafnijevog karbonitrida u hipersoničnim uvjetima, što će biti relevantno za daljnju primjenu u zrakoplovnoj industriji.