Skupina vedcov z NUST MISIS vyvinula keramický materiál s najvyššou teplotou topenia spomedzi v súčasnosti známych zlúčenín. Vďaka unikátnej kombinácii fyzikálnych, mechanických a tepelných vlastností je materiál perspektívny pre použitie v tepelne najviac zaťažovaných súčiastkach lietadiel, ako sú predné kapotáže, prúdové motory a ostré predné hrany krídel pracujúcich pri teplotách nad 2000 stupňov C. Výsledky sú publikované v Ceramics International.

Mnoho popredných vesmírnych agentúr (NASA, ESA, ako aj agentúry Japonska,Čínaa India) aktívne vyvíjajú opakovane použiteľné vesmírne lietadlá, ktoré výrazne znížia náklady na dopravu ľudí a nákladu na obežnú dráhu, ako aj skrátia časové intervaly medzi letmi.

„V súčasnosti sa pri vývoji takýchto zariadení dosiahli významné výsledky. Napríklad zmenšenie polomeru zaoblenia ostrých predných hrán krídel na niekoľko centimetrov vedie k výraznému zvýšeniu vztlaku a manévrovateľnosti, ako aj k zníženiu aerodynamického odporu. Pri výstupe z atmosféry a opätovnom vstupe do nej však možno na povrchu krídel vesmírneho lietadla pozorovať teploty okolo 2000 stupňov C, na samom okraji dosahujú 4000 stupňov C. Preto pri takýchto lietadlách vzniká otázka spojená s tvorbou a vývojom nových materiálov, ktoré dokážu pracovať pri tak vysokých teplotách,“ hovorí Dmitrij Moskovskikh, vedúci Centra konštrukčných keramických materiálov NUST MISIS.

Počas nedávneho vývoja bolo cieľom vedcov vytvoriť materiál s najvyššou teplotou topenia a vysokými mechanickými vlastnosťami. Bol vybraný trojitý systém hafnium-uhlík-dusík, karbonitrid hafnia (Hf-CN), pretože vedci z Brown University (USA) predtým predpovedali, že karbonitrid hafnia bude mať vysokú tepelnú vodivosť a odolnosť voči oxidácii, ako aj najvyššiu teplotu topenia. bod medzi všetkými známymi zlúčeninami (približne 4200 stupňov C).

Pomocou metódy samošíriacej sa vysokoteplotnej syntézy vedci NUSTMISIS získali HfC0,5N0,35, (karbonitrid hafnia) blízke teoretickému zloženiu, s vysokou tvrdosťou 21,3 GPa, ktorá je ešte vyššia ako v nových perspektívnych materiáloch, ako je ZrB2/SiC (20,9 GPa) a HfB2/SiC/TaSi2 (18,1 GPa).

„Je ťažké zmerať bod topenia materiálu, keď je viac ako 4000 stupňov С. Preto sme sa rozhodli porovnať teploty topenia syntetizovanej zlúčeniny a pôvodného šampióna, karbidu hafnia. Aby sme to dosiahli, umiestnili sme komprimované vzorky HFC a HfCN na grafitovú platňu v tvare činky a vrchnú časť sme prikryli podobnou platňou, aby sme predišli tepelným stratám,“ hovorí Veronika Buinevich, postgraduálna študentka NUST MISIS.

Potom ho pripojili k batérii pomocoumolybdénové elektródy. Všetky testy boli vykonané v hĺbkevákuum. Keďže sa prierez grafitových platní líši, maximálna teplota bola dosiahnutá v najužšej časti. Výsledky súčasného zahrievania nového materiálu, karbonitridu a karbidu hafnia, ukázali, že karbonitrid má vyššiu teplotu topenia ako karbid hafnia.

V súčasnosti je však špecifická teplota topenia nového materiálu vyššia ako 4000 stupňov C a v laboratóriu sa nedá presne určiť. V budúcnosti tím plánuje uskutočniť experimenty na meranie teploty topenia pomocou vysokoteplotnej pyrometrie pomocou lasera alebo elektrického odporu. Plánujú tiež študovať výkonnosť výsledného karbonitridu hafnia v hypersonických podmienkach, čo bude relevantné pre ďalšiu aplikáciu v leteckom priemysle.