Chancerne for hypersonisk rejse bliver varmere med opdagelse af nye materialer

Forskere ved University of Manchester i samarbejde med Central South University (CSU), Kina, har skabt en ny form for keramisk belægning, der kan revolutionere hypersonisk rejse til luft, rum- og forsvarsformål.

Hypersonisk rejse betyder at bevæge sig på Mach fem eller derover, som er mindst fem gange hurtigere end lydens hastighed. Ved bevægelse med en sådan hastighed er varmen, der genereres af luft og gas i atmosfæren, ekstremt varm og kan have en alvorlig indvirkning på et fly eller projektils strukturelle integritet. Det er fordi temperaturerne, der rammer flyet, kan nå alt fra 2, 000 til 3, 000 ° C.

De strukturelle problemer skyldes primært to processer kaldet oxidation og ablation. Dette er når ekstrem varm luft og gas fjerner overfladelag fra de metalliske materialer i flyet eller objektet, der bevæger sig med så høje hastigheder. For at bekæmpe problemet er materialer, der kaldes ultrahøj temperaturkeramik (UHTC'er), nødvendige i flymotorer og hypersoniske køretøjer såsom raketter, genindførsel af rumfartøjer og forsvarsprojektiler.

Men, i øjeblikket, selv konventionelle UHTC'er kan i øjeblikket ikke opfylde de dertil knyttede ablationskrav for at rejse ved sådanne ekstreme hastigheder og temperaturer. Imidlertid, forskerne ved University of Manchester og Royce Institute, i samarbejde med Central South University of China, har designet og fremstillet en ny hårdmetalbelægning, der er langt bedre til at modstå temperaturer op til 3, 000 ° C, sammenlignet med eksisterende UHTC'er.

Professor Philip Withers, Regius professor fra University of Manchester, siger:"Fremtidige hypersoniske rumfartøjer tilbyder potentialet for et skridt i transithastigheder. Et hypersonisk fly kunne flyve fra London til New York på bare to timer og ville revolutionere både kommercielle og pendlerrejser.

"Men i øjeblikket er en af ​​de største udfordringer, hvordan man beskytter kritiske komponenter, såsom forkant, forbrændere og næsetip, så de overlever den alvorlige oxidation og ekstreme skurning af varmestrømme ved sådanne temperaturer, der forårsager overskydende under flyvning. "

Indtil nu, hårdmetalbelægningen udviklet af teams i både University of Manchester og Central South University viser sig at være 12 gange bedre end den konventionelle UHTC, Zirkoniumcarbid (ZrC). ZrC er et ekstremt hårdt ildfast keramisk materiale, der kommercielt bruges i værktøjsbor til skæring af værktøj.

Belægningens meget forbedrede ydeevne skyldes dens unikke strukturelle make-up og funktioner fremstillet på Powder Metallurgy Institute, Central South University og studerede ved University of Manchester, Materialeskole. Dette inkluderer ekstremt god varmebestandighed og massivt forbedret oxidationsmodstand.

Det, der gør denne belægning unik, er, at den er fremstillet ved hjælp af en proces kaldet reaktiv smelteinfiltration (RMI), hvilket dramatisk reducerer den tid, der er nødvendig for at fremstille sådanne materialer, og er blevet forstærket med carbon -carbon -komposit (C/C -komposit). Dette gør den ikke kun stærk, men ekstremt modstandsdygtig over for den sædvanlige overfladeforringelse.

Professor Ping Xiao, Professor i materialevidenskab, der ledede undersøgelsen ved University of Manchester forklarer:"Nuværende UHTC'er, der bruges i ekstreme miljøer, er begrænsede, og det er værd at undersøge potentialet i ny enfaset keramik med hensyn til reduceret fordampning og bedre oxidationsresistens. Derudover kan det har vist sig, at indførelse af sådan keramik i kulfiberforstærket kulstofmatrixkompositter kan være en effektiv måde at forbedre termisk chokmodstand på. "