En gruppe forskere fra NUST MISIS utviklet et keramisk materiale med det høyeste smeltepunktet blant kjente forbindelser. På grunn av den unike kombinasjonen av fysiske, mekaniske og termiske egenskaper, er materialet lovende for bruk i de mest varmebelastede komponentene i fly, slik som nesekapper, jetmotorer og skarpe forkanter av vinger som opererer ved temperaturer over 2000 grader C. Resultatene er publisert i Ceramics International.

Mange ledende romfartsorganisasjoner (NASA, ESA, samt byråer i Japan,Kinaog India) utvikler aktivt gjenbrukbare romfly, noe som vil redusere kostnadene ved å levere mennesker og last i bane betydelig, samt redusere tidsintervallene mellom flyvninger.

"For tiden er det oppnådd betydelige resultater i utviklingen av slike enheter. For eksempel, å redusere avrundingsradiusen til de skarpe forkantene på vingene til noen få centimeter fører til en betydelig økning i løft og manøvrerbarhet, samt reduserer aerodynamisk luftmotstand. Men når man går ut av atmosfæren og går inn i den igjen, på overflaten av vingene til romflyet, kan temperaturer på omtrent 2000 grader C observeres, og når 4000 grader C helt i kanten. Derfor, når det gjelder slike fly, er det et spørsmål knyttet til opprettelsen og utviklingen av nye materialer som kan fungere ved så høye temperaturer, sier Dmitry Moskovskikh, leder av NUST MISIS Center for Constructional Ceramic Materials.

Under den siste utviklingen var målet til forskerne å lage et materiale med det høyeste smeltepunktet og høye mekaniske egenskaper. Det trippel hafnium-karbon-nitrogen systemet, hafnium karbonitrid (Hf-CN), ble valgt, ettersom forskere fra Brown University (US) tidligere spådde at hafniumkarbonitrid ville ha høy varmeledningsevne og motstand mot oksidasjon, samt høyest smelting punkt blant alle kjente forbindelser (omtrent 4200 grader C).

Ved å bruke metoden for selvforplantende høytemperatursyntese oppnådde NUSTMISIS-forskerne HfC0.5N0.35, (hafniumkarbonitrid) nær den teoretiske sammensetningen, med en høy hardhet på 21,3 GPa, som er enda høyere enn i nye lovende materialer, slik som ZrB2/SiC (20,9 GPa) og HfB2/SiC/TaSi2 (18,1 GPa).

"Det er vanskelig å måle et materiales smeltepunkt når det overstiger 4000 grader С. Derfor bestemte vi oss for å sammenligne smeltetemperaturene til den syntetiserte forbindelsen og den originale mesteren, hafniumkarbid. For å gjøre dette, plasserte vi komprimerte HFC- og HfCN-prøver på en grafittplate formet som en manual, og dekket toppen med en lignende plate for å unngå varmetap, sier Veronika Buinevich, NUST MISIS post-graduate student.

Deretter koblet de den til et batteri ved hjelp avmolybdenelektroder. Alle testene ble utført i dypvakuum. Siden tverrsnittet av grafittplater er forskjellig, ble maksimal temperatur nådd i den smaleste delen. Resultatene av samtidig oppvarming av det nye materialet, karbonitrid og hafniumkarbid, viste at karbonitridet har et høyere smeltepunkt enn hafniumkarbid.

For øyeblikket er imidlertid det spesifikke smeltepunktet til det nye materialet over 4000 grader C, og kunne ikke bestemmes nøyaktig i laboratoriet. I fremtiden planlegger teamet å utføre eksperimenter for å måle smeltetemperaturen ved høytemperaturpyrometri ved hjelp av laser eller elektrisk motstand. De planlegger også å studere ytelsen til det resulterende hafniumkarbonitrid under hypersoniske forhold, som vil være relevant for videre anvendelse i romfartsindustrien.