Một nhóm các nhà khoa học từ NUST MISIS đã phát triển một loại vật liệu gốm có điểm nóng chảy cao nhất trong số các hợp chất được biết đến hiện nay. Do sự kết hợp độc đáo giữa các đặc tính vật lý, cơ học và nhiệt, vật liệu này hứa hẹn sẽ được sử dụng trong các bộ phận chịu nhiệt nhiều nhất của máy bay, chẳng hạn như tấm chắn mũi, động cơ phản lực và các cạnh sắc phía trước của cánh hoạt động ở nhiệt độ trên 2000 độ C. Kết quả được công bố trên tạp chí Gốm sứ Quốc tế.

Nhiều cơ quan vũ trụ hàng đầu (NASA, ESA, cũng như các cơ quan của Nhật Bản,Trung Quốcvà Ấn Độ) đang tích cực phát triển các máy bay vũ trụ có thể tái sử dụng, điều này sẽ giảm đáng kể chi phí đưa người và hàng hóa lên quỹ đạo, cũng như giảm khoảng thời gian giữa các chuyến bay.

“Hiện tại, đã đạt được những kết quả quan trọng trong việc phát triển các thiết bị như vậy. Ví dụ, việc giảm bán kính làm tròn của các cạnh sắc phía trước của cánh xuống vài cm dẫn đến tăng đáng kể lực nâng và khả năng cơ động, cũng như giảm lực cản khí động học. Tuy nhiên, khi thoát ra khỏi bầu khí quyển và quay trở lại bầu khí quyển, trên bề mặt cánh của phi cơ vũ trụ có thể quan sát thấy nhiệt độ khoảng 2000 độ C, đạt tới 4000 độ C ở rìa. Do đó, khi nói đến những chiếc máy bay như vậy, câu hỏi đặt ra là về việc tạo ra và phát triển các vật liệu mới có thể hoạt động ở nhiệt độ cao như vậy”, ông Dmitry Moskovskikh, người đứng đầu Trung tâm Vật liệu gốm xây dựng NUST MISIS, cho biết.

Trong những phát triển gần đây, mục tiêu của các nhà khoa học là tạo ra một loại vật liệu có điểm nóng chảy cao nhất và tính chất cơ học cao. Hệ thống ba hafnium-carbon-nitơ, hafnium carbonitride (Hf-CN), đã được chọn vì các nhà khoa học từ Đại học Brown (Mỹ) trước đây đã dự đoán rằng hafnium carbonitride sẽ có độ dẫn nhiệt cao và khả năng chống oxy hóa, cũng như độ nóng chảy cao nhất. điểm trong số tất cả các hợp chất đã biết (khoảng 4200 độ C).

Sử dụng phương pháp tổng hợp nhiệt độ cao tự lan truyền, các nhà khoa học của NUSTMISIS đã thu được HfC0.5N0.35, (hafnium carbonitride) gần với thành phần lý thuyết, với độ cứng cao 21,3 GPa, thậm chí còn cao hơn so với các vật liệu mới đầy triển vọng, chẳng hạn như ZrB2/SiC (20,9 GPa) và HfB2/SiC/TaSi2 (18,1 GPa).

“Thật khó để đo điểm nóng chảy của vật liệu khi vượt quá 4000 độ С. Do đó, chúng tôi quyết định so sánh nhiệt độ nóng chảy của hợp chất tổng hợp được và chất vô địch ban đầu, hafnium cacbua. Để làm điều này, chúng tôi đặt các mẫu HFC và HfCN đã nén lên một tấm than chì có hình quả tạ và phủ một tấm tương tự lên trên để tránh thất thoát nhiệt”, Veronika Buinevich, sinh viên sau đại học của NUST MISIS, cho biết.

Tiếp theo, họ kết nối nó với pin bằng cách sử dụngđiện cực molypden. Tất cả các thử nghiệm được thực hiện ở độ sâuchân không. Do mặt cắt ngang của các tấm than chì khác nhau nên nhiệt độ tối đa đạt được ở phần hẹp nhất. Kết quả nung nóng đồng thời vật liệu mới, carbonitride và cacbua hafnium, cho thấy carbonitride có điểm nóng chảy cao hơn hafnium cacbua.

Tuy nhiên, hiện tại, điểm nóng chảy riêng của vật liệu mới là trên 4000 độ C và không thể xác định chính xác trong phòng thí nghiệm. Trong tương lai, nhóm nghiên cứu dự định tiến hành các thí nghiệm đo nhiệt độ nóng chảy bằng phép đo nhiệt độ cao sử dụng tia laser hoặc điện trở. Họ cũng có kế hoạch nghiên cứu hiệu suất của hafnium carbonitride thu được trong điều kiện siêu âm, điều này sẽ phù hợp cho ứng dụng tiếp theo trong ngành hàng không vũ trụ.