Skupina znanstvenikov iz NUST MISIS je razvila keramični material z najvišjim tališčem med trenutno znanimi spojinami. Zaradi edinstvene kombinacije fizikalnih, mehanskih in toplotnih lastnosti je material obetaven za uporabo v najbolj toplotno obremenjenih komponentah letal, kot so nosni oklepi, reaktivni motorji in ostri sprednji robovi kril, ki delujejo pri temperaturah nad 2000 stopinj C. Rezultati so objavljeni v Ceramics International.

Številne vodilne vesoljske agencije (NASA, ESA, pa tudi japonske agencije,Kitajskain Indija) aktivno razvijajo vesoljska letala za večkratno uporabo, kar bo znatno zmanjšalo stroške dostave ljudi in tovora v orbito ter zmanjšalo časovne intervale med leti.

»Trenutno so bili doseženi pomembni rezultati pri razvoju tovrstnih naprav. Na primer, zmanjšanje polmera zaokroževanja ostrih sprednjih robov kril na nekaj centimetrov vodi do znatnega povečanja vzgona in manevriranja ter zmanjšanja aerodinamičnega upora. Vendar pa lahko ob izstopu iz atmosfere in ponovnem vstopu vanjo na površini kril vesoljskega letala opazimo temperature okoli 2000 stopinj C, ki na samem robu dosežejo 4000 stopinj C. Zato, ko gre za takšna letala, obstaja vprašanje, povezano z ustvarjanjem in razvojem novih materialov, ki lahko delujejo pri tako visokih temperaturah,« pravi Dmitry Moskovskikh, vodja Centra za konstrukcijske keramične materiale NUST MISIS.

Med nedavnim razvojem je bil cilj znanstvenikov ustvariti material z najvišjim tališčem in visokimi mehanskimi lastnostmi. Trojni sistem hafnij-ogljik-dušik, hafnijev karbonitrid (Hf-CN), je bil izbran, ker so znanstveniki z Univerze Brown (ZDA) pred tem predvidevali, da bo imel hafnijev karbonitrid visoko toplotno prevodnost in odpornost proti oksidaciji ter najvišje tališče. točko med vsemi znanimi spojinami (približno 4200 stopinj C).

Z uporabo metode samorazmnoževalne visokotemperaturne sinteze so znanstveniki NUSTMISIS pridobili HfC0,5N0,35 (hafnijev karbonitrid), ki je blizu teoretični sestavi, z visoko trdoto 21,3 GPa, kar je celo višje kot pri novih obetavnih materialih, kot sta ZrB2/SiC (20,9 GPa) in HfB2/SiC/TaSi2 (18,1 GPa).

"Težko je izmeriti tališče materiala, ko presega 4000 stopinj C. Zato smo se odločili primerjati temperature taljenja sintetizirane spojine in originalnega prvaka, hafnijevega karbida. Da bi to naredili, smo stisnjene vzorce HFC in HfCN postavili na grafitno ploščo v obliki uteži in pokrili vrh s podobno ploščo, da bi preprečili izgubo toplote,« pravi Veronika Buinevich, podiplomska študentka NUST MISIS.

Nato so ga povezali z baterijomolibdenove elektrode. Vsi testi so bili izvedeni v globinivakuum. Ker je prerez grafitnih plošč različen, je bila največja temperatura dosežena v najožjem delu. Rezultati sočasnega segrevanja novega materiala, karbonitrida in hafnijevega karbida, so pokazali, da ima karbonitrid višje tališče kot hafnijev karbid.

Vendar pa je trenutno specifično tališče novega materiala nad 4000 stopinj C in ga ni bilo mogoče natančno določiti v laboratoriju. V prihodnosti ekipa načrtuje izvedbo poskusov merjenja temperature taljenja z visokotemperaturno pirometrijo z uporabo laserja ali električnega upora. Načrtujejo tudi študij delovanja nastalega hafnijevega karbonitrida v hiperzvočnih pogojih, kar bo pomembno za nadaljnjo uporabo v vesoljski industriji.