Forskere udvikler det mest varmebestandige materiale, der nogensinde er skabt

En gruppe videnskabsmænd fra NUST MISIS udviklede et keramisk materiale med det højeste smeltepunkt blandt aktuelt kendte forbindelser. På grund af den unikke kombination af fysisk, mekaniske og termiske egenskaber, materialet er lovende til brug i de mest varmebelastede komponenter i fly, såsom næsebeklædninger, jetmotorer og skarpe forkanter af vinger, der arbejder ved temperaturer over 2000 grader C. Resultaterne er offentliggjort i Keramik International .

Mange førende rumorganisationer (NASA, ESA, samt agenturer i Japan, Kina og Indien) udvikler aktivt genanvendelige rumfly, hvilket vil reducere omkostningerne ved at levere mennesker og gods til kredsløb markant, samt reducere tidsintervallerne mellem flyvninger.

"I øjeblikket, der er opnået betydelige resultater i udviklingen af ​​sådanne enheder. For eksempel, at reducere afrundingsradiusen af ​​vingernes skarpe forkanter til nogle få centimeter fører til en betydelig stigning i løft og manøvredygtighed, samt at reducere aerodynamisk luftmodstand. Imidlertid, når man forlader atmosfæren og går ind i den igen, på overfladen af ​​rumflyverens vinger, temperaturer på omkring 2000 grader C kan observeres, når 4000 grader C helt i kanten. Derfor, når det kommer til sådanne fly, der er et spørgsmål forbundet med skabelsen og udviklingen af ​​nye materialer, der kan arbejde ved så høje temperaturer, " siger Dmitry Moskovskikh, leder af NUST MISIS Center for Byggekeramiske Materialer.

Under den seneste udvikling, forskernes mål var at skabe et materiale med det højeste smeltepunkt og høje mekaniske egenskaber. Det tredobbelte hafnium-kulstof-nitrogen-system, hafniumcarbonitrid (Hf-C-N), blev valgt, som videnskabsmænd fra Brown University (USA) tidligere forudsagde, at hafniumcarbonitrid ville have en høj varmeledningsevne og modstandsdygtighed over for oxidation, samt det højeste smeltepunkt blandt alle kendte forbindelser (ca. 4200 grader C).

Ved hjælp af metoden til selvformerende højtemperatursyntese, NUSTMISIS-forskerne opnåede HfC _0,5 N _0,35 , (hafniumcarbonitrid) tæt på den teoretiske sammensætning, med en høj hårdhed på 21,3 GPa, hvilket er endnu højere end i nye lovende materialer, såsom ZrB ₂ /SiC (20,9 GPa) og HfB ₂ /SiC/TaSi ₂ (18,1 GPa).

"Det er svært at måle et materiales smeltepunkt, når det overstiger 4000 grader С. Derfor, vi besluttede at sammenligne smeltetemperaturerne for den syntetiserede forbindelse og den oprindelige mester, hafniumcarbid. At gøre dette, vi placerede komprimerede HFC- og HfCN-prøver på en grafitplade formet som en håndvægt, og dækket toppen med en lignende plade for at undgå varmetab, " siger Veronika Buinevich, NUST MISIS postgraduate studerende.

Næste, de sluttede det til et batteri ved hjælp af molybdænelektroder. Alle test blev udført i et dybt vakuum. Da tværsnittet af grafitplader er forskelligt, den maksimale temperatur blev nået i den smalleste del. Resultaterne af samtidig opvarmning af det nye materiale, carbonitrid, og hafniumcarbid, viste, at carbonitridet har et højere smeltepunkt end hafniumcarbid.

Imidlertid, i øjeblikket, det specifikke smeltepunkt for det nye materiale er over 4000 grader C, og kunne ikke bestemmes præcist i laboratoriet. I fremtiden, holdet planlægger at udføre eksperimenter med at måle smeltetemperaturen ved højtemperaturpyrometri ved hjælp af en laser eller elektrisk modstand. De planlægger også at studere ydeevnen af ​​det resulterende hafniumcarbonitrid under hypersoniske forhold, som vil være relevant for videre anvendelse i rumfartsindustrien.