A NUST MISIS tudósainak egy csoportja a jelenleg ismert vegyületek közül a legmagasabb olvadáspontú kerámiát fejlesztett ki. A fizikai, mechanikai és termikus tulajdonságok egyedülálló kombinációja miatt az anyag ígéretes a repülőgépek legnagyobb hőterhelésű alkatrészeiben, mint például az orrburkolatokban, a sugárhajtóművekben és a 2000 C feletti hőmérsékleten működő szárnyak éles elülső éleiben. Az eredményeket a Ceramics International publikálta.

Számos vezető űrügynökség (NASA, ESA, valamint japán ügynökségek,Kínaés India) aktívan fejlesztenek újrafelhasználható űrrepülőgépeket, amelyek jelentősen csökkentik az emberek és a rakomány pályára szállításának költségeit, valamint csökkentik a repülések közötti időintervallumokat.

„Jelenleg jelentős eredményeket értek el az ilyen eszközök fejlesztésében. Például a szárnyak éles elülső éleinek lekerekítési sugarának néhány centiméterre csökkentése az emelés és a manőverezhetőség jelentős növekedéséhez, valamint az aerodinamikai légellenállás csökkentéséhez vezet. Az űrrepülőgép szárnyainak felületén azonban a légkörből való kilépéskor és visszalépéskor körülbelül 2000 C-os hőmérséklet figyelhető meg, amely a legszélén eléri a 4000 C-ot. Ezért, ha ilyen repülőgépekről van szó, felmerül a kérdés, hogy olyan új anyagokat kell létrehozni és kifejleszteni, amelyek ilyen magas hőmérsékleten is működnek” – mondja Dmitrij Moskovskik, a NUST MISIS Építőipari Kerámia Anyagok Központjának vezetője.

A legújabb fejlesztések során a tudósok célja az volt, hogy a legmagasabb olvadáspontú és jó mechanikai tulajdonságokkal rendelkező anyagot hozzanak létre. A hármas hafnium-karbon-nitrogén rendszert, a hafnium-karbonitridet (Hf-CN) választották, mivel a Brown Egyetem (USA) tudósai korábban azt jósolták, hogy a hafnium-karbonitrid hővezető képessége és oxidációval szembeni ellenállása magas lesz, valamint a legmagasabb olvadáspontú. pont az összes ismert vegyület között (körülbelül 4200 °C).

Az önszaporító, magas hőmérsékletű szintézis módszerével a NUSTMISIS tudósai az elméleti összetételhez közeli HfC0,5N0,35-öt (hafnium-karbonitrid) kaptak, nagy, 21,3 GPa keménységgel, ami még az új, ígéretes anyagoknál is magasabb. mint például a ZrB2/SiC (20,9 GPa) és a HfB2/SiC/TaSi2 (18,1 GPa).

„Nehéz megmérni egy anyag olvadáspontját, ha a hőmérséklet meghaladja a 4000 °C-ot. Ezért úgy döntöttünk, hogy összehasonlítjuk a szintetizált vegyület és az eredeti bajnok, a hafnium-karbid olvadáspontját. Ehhez nyomott HFC és HfCN mintákat helyeztünk egy súlyzó alakú grafitlapra, a tetejét pedig egy hasonló lemezzel borítottuk be, hogy elkerüljük a hőveszteséget” – mondja Buinevics Veronika, a NUST MISIS posztgraduális hallgatója.

Ezután egy akkumulátorhoz csatlakoztatták a segítségévelmolibdén elektródák. Minden vizsgálatot mélyen végeztekvákuum. Mivel a grafitlemezek keresztmetszete eltérő, a maximális hőmérsékletet a legkeskenyebb részen érte el. Az új anyag, a karbonitrid és a hafnium-karbid egyidejű melegítésének eredményei azt mutatták, hogy a karbonitrid olvadáspontja magasabb, mint a hafnium-karbid.

Jelenleg azonban az új anyag fajlagos olvadáspontja 4000 C felett van, és laboratóriumban nem tudták pontosan meghatározni. A jövőben a csapat kísérleteket kíván végezni az olvadási hőmérséklet mérésére magas hőmérsékletű pirometriával lézeres vagy elektromos ellenállás segítségével. Azt is tervezik, hogy tanulmányozzák a keletkező hafnium-karbonitrid teljesítményét hiperszonikus körülmények között, ami releváns lesz a repülőgépiparban való további alkalmazás szempontjából.