Zinātnieku grupa no NUST MISIS izstrādāja keramikas materiālu ar augstāko kušanas temperatūru starp pašlaik zināmajiem savienojumiem. Pateicoties unikālajai fizikālo, mehānisko un termisko īpašību kombinācijai, materiāls ir daudzsološs izmantošanai lidmašīnu visvairāk noslogotajās komponentēs, piemēram, deguna apvalkos, reaktīvos dzinējos un asās spārnu priekšējās malās, kas darbojas temperatūrā virs 2000 grādiem C. Rezultāti ir publicēti Ceramics International.

Daudzas vadošās kosmosa aģentūras (NASA, ESA, kā arī Japānas aģentūras,Ķīnaun Indija) aktīvi izstrādā atkārtoti lietojamas kosmosa lidmašīnas, kas ievērojami samazinās izmaksas par cilvēku un kravu nogādāšanu orbītā, kā arī samazinās laika intervālus starp lidojumiem.

“Šobrīd šādu ierīču izstrādē ir sasniegti ievērojami rezultāti. Piemēram, spārnu aso priekšējo malu noapaļošanas rādiusa samazināšana līdz dažiem centimetriem ievērojami palielina pacēlumu un manevrēšanas spēju, kā arī samazina aerodinamisko pretestību. Taču, izejot no atmosfēras un atkal ieejot tajā, uz kosmosa lidmašīnas spārnu virsmas var novērot aptuveni 2000 grādu C temperatūru, pašā malā sasniedzot 4000 grādus C. Tāpēc, runājot par šādām lidmašīnām, rodas jautājums, kas saistīts ar jaunu materiālu radīšanu un izstrādi, kas spēj darboties tik augstā temperatūrā,” stāsta NUST MISIS Būvkeramikas materiālu centra vadītājs Dmitrijs Moskovskihs.

Jaunāko notikumu laikā zinātnieku mērķis bija radīt materiālu ar augstāko kušanas temperatūru un augstām mehāniskajām īpašībām. Trīskāršā hafnija-oglekļa-slāpekļa sistēma, hafnija karbonitrīds (Hf-CN), tika izvēlēta, jo Brauna universitātes (ASV) zinātnieki iepriekš prognozēja, ka hafnija karbonitrīdam būs augsta siltumvadītspēja un izturība pret oksidēšanos, kā arī visaugstākā kušanas spēja. punkts starp visiem zināmajiem savienojumiem (apmēram 4200 grādi C).

Izmantojot pašizplatīšanās augstas temperatūras sintēzes metodi, NUSTMISIS zinātnieki ieguva teorētiskajam sastāvam tuvu HfC0,5N0,35 (hafnija karbonitrīdu) ar augstu cietību 21,3 GPa, kas ir pat augstāka nekā jaunos perspektīvos materiālos. piemēram, ZrB2/SiC (20,9 GPa) un HfB2/SiC/TaSi2 (18,1 GPa).

“Ir grūti izmērīt materiāla kušanas temperatūru, ja temperatūra pārsniedz 4000 grādus С. Tāpēc mēs nolēmām salīdzināt sintezētā savienojuma un sākotnējā čempiona, hafnija karbīda, kušanas temperatūru. Lai to izdarītu, mēs novietojām saspiestus HFC un HfCN paraugus uz grafīta plāksnes, kas veidota kā hantele, un pārklājām augšpusi ar līdzīgu plāksni, lai izvairītos no siltuma zudumiem,” stāsta Veronika Buineviča, NUST MISIS maģistrantūras studente.

Pēc tam viņi to savienoja ar akumulatoru, izmantojotmolibdēna elektrodi. Visi testi tika veikti dziļivakuums. Tā kā grafīta plākšņu šķērsgriezums atšķiras, maksimālā temperatūra tika sasniegta šaurākajā vietā. Jaunā materiāla, karbonitrīda un hafnija karbīda vienlaicīgas karsēšanas rezultāti parādīja, ka karbonitrīdam ir augstāka kušanas temperatūra nekā hafnija karbīdam.

Taču šobrīd jaunā materiāla īpatnējā kušanas temperatūra ir virs 4000 grādiem C, un to nevar precīzi noteikt laboratorijā. Nākotnē komanda plāno veikt eksperimentus kušanas temperatūras mērīšanai ar augstas temperatūras pirometriju, izmantojot lāzeru vai elektrisko pretestību. Viņi arī plāno izpētīt iegūtā hafnija karbonitrīda veiktspēju hiperskaņas apstākļos, kas būs svarīgi turpmākai izmantošanai aviācijas un kosmosa rūpniecībā.