קבוצת מדענים מ-NUST MISIS פיתחה חומר קרמי עם נקודת ההיתוך הגבוהה ביותר מבין התרכובות המוכרות כיום. בשל השילוב הייחודי של תכונות פיזיקליות, מכניות ותרמיות, החומר מבטיח לשימוש ברכיבים העמוסים ביותר בחום של מטוסים, כגון יריעות אף, מנועי סילון וקצוות קדמיים חדים של כנפיים הפועלות בטמפרטורות מעל 2000 מעלות צלזיוס. התוצאות מתפרסמות ב-Ceramics International.

סוכנויות חלל מובילות רבות (נאס"א, ESA, כמו גם סוכנויות של יפן,סִיןוהודו) מפתחות באופן פעיל מטוסי חלל ניתנים לשימוש חוזר, שיפחיתו משמעותית את עלות הובלת אנשים ומטענים למסלול, וכן יפחיתו את מרווחי הזמן בין טיסות.

"כיום, הושגו תוצאות משמעותיות בפיתוח מכשירים כאלה. כך למשל, הקטנת רדיוס העיגול של הקצוות הקדמיים החדים של הכנפיים לסנטימטרים ספורים מביאה לעלייה משמעותית בהרמה ובכושר התמרון, כמו גם להפחתת הגרר האווירודינמי. עם זאת, ביציאה מהאטמוספירה וכניסה אליה מחדש, על פני כנפי מטוס החלל, ניתן להבחין בטמפרטורות של כ-2000 מעלות צלזיוס המגיעות ל-4000 מעלות צלזיוס ממש בקצה. לכן, כשמדובר במטוסים כאלה, ישנה שאלה הקשורה ליצירה ופיתוח של חומרים חדשים שיכולים לעבוד בטמפרטורות כה גבוהות", אומר דמיטרי מוסקובסקיך, ראש מרכז NUST MISIS לחומרים קרמיים קונסטרוקטיביים.

במהלך ההתפתחויות האחרונות, מטרת המדענים הייתה ליצור חומר בעל נקודת ההתכה הגבוהה ביותר ותכונות מכניות גבוהות. מערכת ההפניום-פחמן-חנקן המשולשת, הפניום קרבוניטריד (Hf-CN), נבחרה, שכן מדענים מאוניברסיטת בראון (ארה"ב) חזו בעבר כי להפניום קרבוניטריד תהיה מוליכות תרמית גבוהה ועמידות בפני חמצון, כמו גם את ההיתוך הגבוה ביותר. נקודה בין כל התרכובות המוכרות (כ-4200 מעלות צלזיוס).

באמצעות שיטת הפצה עצמית של סינתזה בטמפרטורה גבוהה, המדענים של NUSTMISIS השיגו HfC0.5N0.35, (הפניום קרבוניטריד) קרוב להרכב התיאורטי, עם קשיות גבוהה של 21.3 GPa, שהיא אפילו גבוהה יותר מאשר בחומרים מבטיחים חדשים, כגון ZrB2/SiC (20.9 GPa) ו-HfB2/SiC/TaSi2 (18.1 GPa).

"קשה למדוד את נקודת ההתכה של חומר כשהוא עולה על 4000 מעלות צלזיוס. לכן, החלטנו להשוות בין טמפרטורות ההיתוך של התרכובת המסונתזת לבין האלוף המקורי, הפניום קרביד. לשם כך, הנחנו דגימות HFC ו-HfCN דחוסות על צלחת גרפיט בצורת משקולת, וכיסינו את החלק העליון בצלחת דומה כדי למנוע איבוד חום", אומרת ורוניקה בוינביץ', סטודנטית לתואר שני ב-NUST MISIS.

לאחר מכן, הם חיברו אותו לסוללה באמצעותאלקטרודות מוליבדן. כל הבדיקות בוצעו בעומקלִשְׁאוֹב. מכיוון שהחתך של לוחות הגרפיט שונה, הטמפרטורה המקסימלית הושגה בחלק הצר ביותר. התוצאות של חימום בו-זמני של החומר החדש, קרבוניטריד והפניום קרביד, הראו כי לקרבוניטריד יש נקודת התכה גבוהה יותר מהפניום קרביד.

עם זאת, כרגע, נקודת ההיתוך הספציפית של החומר החדש היא מעל 4000 מעלות צלזיוס, ולא ניתן היה לקבוע במדויק במעבדה. בעתיד, הצוות מתכנן לערוך ניסויים במדידת טמפרטורת ההיתוך על ידי פירומטריה בטמפרטורה גבוהה באמצעות לייזר או התנגדות חשמלית. הם גם מתכננים ללמוד את הביצועים של הפניום קרבוניטריד שנוצר בתנאים היפרסוניים, אשר יהיו רלוונטיים ליישום נוסף בתעשייה האווירית.