NUST MISIS의 과학자 그룹은 현재 알려진 화합물 중 녹는점이 가장 높은 세라믹 소재를 개발했습니다. 물리적, 기계적 및 열적 특성의 고유한 조합으로 인해 이 소재는 노즈 페어링, 제트 엔진 및 2000°C 이상의 온도에서 작동하는 날개의 날카로운 앞 가장자리와 같이 열 부하가 가장 높은 항공기 부품에 사용하기에 유망합니다. 결과는 Ceramics International에 게재되었습니다.

다수의 주요 우주 기관(NASA, ESA 및 일본 기관,중국및 인도)는 재사용 가능한 우주선을 적극적으로 개발하고 있습니다. 이를 통해 사람과 화물을 궤도로 운반하는 비용을 크게 줄이고 비행 간 시간 간격을 줄일 수 있습니다.

“현재 이러한 장치 개발에서 중요한 결과가 달성되었습니다. 예를 들어, 날개의 날카로운 앞쪽 가장자리의 둥근 반경을 몇 센티미터로 줄이면 양력과 기동성이 크게 향상될 뿐만 아니라 공기역학적 항력도 줄어듭니다. 그러나 대기권에서 나왔다가 다시 들어갈 때 우주선 날개 표면에서는 약 2000℃의 온도가 관찰되며 가장 가장자리에서는 4000℃에 이른다. 따라서 그러한 항공기에 관해서는 그렇게 높은 온도에서 작동할 수 있는 새로운 재료의 생성 및 개발과 관련된 문제가 있습니다.”라고 NUST MISIS 건축 세라믹 재료 센터 소장인 Dmitry Moskovskikh는 말합니다.

최근 개발 과정에서 과학자들의 목표는 가장 높은 녹는점과 높은 기계적 특성을 지닌 재료를 만드는 것이었습니다. 삼중 하프늄-탄소-질소 시스템인 하프늄 탄질화물(Hf-CN)이 선택되었습니다. 이는 미국 브라운 대학의 과학자들이 이전에 하프늄 탄질화물이 높은 열 전도성과 산화 저항성을 가질 뿐만 아니라 가장 높은 용해도를 가질 것이라고 예측했기 때문입니다. 알려진 모든 화합물 중에서 가장 높은 온도(약 4200°C)입니다.

NUSTMISIS 과학자들은 자가 전파 고온 합성 방법을 사용하여 이론적 조성에 가까운 HfC0.5N0.35(하프늄 탄질화물)을 얻었으며, 이는 새로운 유망 물질보다 훨씬 높은 21.3GPa의 높은 경도를 갖습니다. ZrB2/SiC(20.9 GPa) 및 HfB2/SiC/TaSi2(18.1 GPa) 등이 있습니다.

“4000도 С를 초과하면 물질의 녹는점을 측정하기가 어렵습니다. 따라서 우리는 합성된 화합물과 원래 챔피언인 하프늄 카바이드의 녹는점을 비교하기로 결정했습니다. 이를 위해 우리는 압축된 HFC 및 HfCN 샘플을 아령 모양의 흑연 플레이트에 놓고 열 손실을 방지하기 위해 유사한 플레이트로 상단을 덮었습니다.”라고 NUST MISIS 대학원생인 Veronika Buinevich는 말합니다.

다음으로, 그들은 그것을 배터리에 연결했습니다.몰리브덴 전극. 모든 테스트는 심층적으로 수행되었습니다.진공. 흑연판은 단면적이 다르기 때문에 가장 좁은 부분에서 최대 온도에 도달했습니다. 신소재인 탄질화물과 하프늄 카바이드를 동시에 가열한 결과, 탄질화물이 하프늄 카바이드보다 녹는점이 더 높은 것으로 나타났다.

그러나 현재로서는 신소재의 특정 녹는점이 4000℃ 이상이어서 실험실에서 정확하게 측정할 수 없었다. 앞으로 연구팀은 레이저나 전기저항을 이용한 고온고온측정법으로 용융온도를 측정하는 실험을 진행할 예정이다. 그들은 또한 극초음속 조건에서 생성된 하프늄 탄질화물의 성능을 연구할 계획이며, 이는 항공우주 산업에 추가로 적용하는 데 적합할 것입니다.