Un grup de oameni de știință de la NUST MISIS a dezvoltat un material ceramic cu cel mai înalt punct de topire dintre compușii cunoscuți în prezent. Datorită combinației unice de proprietăți fizice, mecanice și termice, materialul este promițător pentru utilizarea în cele mai încărcate componente ale aeronavelor, cum ar fi carenaje, motoarele cu reacție și marginile frontale ascuțite ale aripilor care funcționează la temperaturi peste 2000 de grade C. Rezultatele sunt publicate în Ceramics International.

Multe agenții spațiale de top (NASA, ESA, precum și agenții din Japonia,Chinași India) dezvoltă în mod activ avioane spațiale reutilizabile, care vor reduce semnificativ costurile de livrare a persoanelor și a mărfurilor pe orbită, precum și a intervalelor de timp dintre zboruri.

„În prezent, s-au obținut rezultate semnificative în dezvoltarea unor astfel de dispozitive. De exemplu, reducerea razei de rotunjire a marginilor frontale ascuțite ale aripilor la câțiva centimetri duce la o creștere semnificativă a portanței și a manevrabilității, precum și la reducerea rezistenței aerodinamice. Cu toate acestea, la ieșirea din atmosferă și reintrarea în ea, pe suprafața aripilor avionului spațial, se pot observa temperaturi de aproximativ 2000 de grade C, ajungând chiar la margine la 4000 de grade C. Prin urmare, când vine vorba de astfel de aeronave, există o întrebare asociată cu crearea și dezvoltarea de noi materiale care pot funcționa la temperaturi atât de ridicate”, spune Dmitri Moskovskikh, șeful Centrului NUST MISIS pentru materiale ceramice de construcție.

În timpul dezvoltărilor recente, scopul oamenilor de știință a fost de a crea un material cu cel mai înalt punct de topire și proprietăți mecanice ridicate. Sistemul triplu de hafniu-carbon-azot, carbonitrură de hafniu (Hf-CN), a fost ales, deoarece oamenii de știință de la Universitatea Brown (SUA) au prezis anterior că carbonitrura de hafniu va avea o conductivitate termică ridicată și rezistență la oxidare, precum și cea mai mare topire. punct printre toți compușii cunoscuți (aproximativ 4200 grade C).

Folosind metoda de sinteză cu autopropagare la temperatură înaltă, oamenii de știință NUSTMISIS au obținut HfC0.5N0.35, (carbonitrură de hafniu) apropiată de compoziția teoretică, cu o duritate mare de 21,3 GPa, care este chiar mai mare decât în ​​materialele noi promițătoare, cum ar fi ZrB2/SiC (20,9 GPa) și HfB2/SiC/TaSi2 (18,1 GPa).

„Este greu de măsurat punctul de topire al unui material atunci când depășește 4000 de grade C. Prin urmare, am decis să comparăm temperaturile de topire ale compusului sintetizat și ale campionului original, carbura de hafniu. Pentru a face acest lucru, am plasat probe comprimate de HFC și HfCN pe o placă de grafit în formă de gantere și am acoperit partea superioară cu o placă similară pentru a evita pierderile de căldură”, spune Veronika Buinevich, studentă postuniversitară NUST MISIS.

Apoi, l-au conectat la o baterie folosindelectrozi de molibden. Toate testele au fost efectuate în adâncimevid. Deoarece secțiunea transversală a plăcilor de grafit diferă, temperatura maximă a fost atinsă în partea cea mai îngustă. Rezultatele încălzirii simultane a noului material, carbonitrură și carbură de hafniu, au arătat că carbonitrura are un punct de topire mai mare decât carbura de hafniu.

Cu toate acestea, momentan, punctul de topire specific al noului material este peste 4000 de grade C și nu a putut fi determinat cu precizie în laborator. În viitor, echipa intenționează să efectueze experimente privind măsurarea temperaturii de topire prin pirometrie la temperatură înaltă folosind un laser sau rezistență electrică. Ei intenționează, de asemenea, să studieze performanța carbonitrurei de hafniu rezultată în condiții hipersonice, care va fi relevantă pentru aplicarea ulterioară în industria aerospațială.