Forskare vid University of Manchester i samarbete med Central South University (CSU), Kina, har skapat en ny typ av keramisk beläggning som kan revolutionera hypersonisk resa för luft, rymd- och försvarsändamål.
Hypersonisk resa innebär att flytta på Mach fem eller högre, vilket är minst fem gånger snabbare än ljudets hastighet. Vid rörelse med en sådan hastighet är värmen som genereras av luft och gas i atmosfären extremt het och kan ha en allvarlig inverkan på ett flygplan eller projektils strukturella integritet. Det beror på att temperaturen som träffar flygplanet kan nå allt från 2, 000 till 3, 000 ° C.
De strukturella problemen orsakas främst av två processer som kallas oxidation och ablation. Detta är när extremt varm luft och gas avlägsnar ytskikt från flygplanets eller föremålets metalliska material som rör sig vid så höga hastigheter. För att bekämpa problemet behövs material som kallas ultrahög temperaturkeramik (UHTC) i flygmotorer och hypersoniska fordon som raketer, återinträde för rymdfarkoster och försvarsprojektiler.
Men, för närvarande, även konventionella UHTC kan för närvarande inte uppfylla de tillhörande ablationskraven för att resa vid så extrema hastigheter och temperaturer. Dock, forskarna vid University of Manchester's och Royce Institute, i samarbete med Central South University of China, har designat och tillverkat en ny hårdmetallbeläggning som är mycket överlägsen för att klara temperaturer upp till 3, 000 ° C, jämfört med befintliga UHTC.
Professor Philip Withers, Regius professor från University of Manchester, säger:"Framtida hypersoniska flyg- och rymdfarkoster erbjuder potentialen för ett steghopp i transithastigheter. Ett hypersoniskt plan kan flyga från London till New York på bara två timmar och skulle revolutionera både kommersiella och pendlande resor.
"Men för närvarande är en av de största utmaningarna hur man skyddar kritiska komponenter som främre kanter, förbrännare och nässpetsar så att de överlever den allvarliga oxidationen och den extrema skurningen av värmeflöden vid sådana temperaturer som orsakar överskott under flygning. "
Än så länge, hårdmetallbeläggningen som utvecklats av team vid både University of Manchester och Central South University visar sig vara 12 gånger bättre än den konventionella UHTC, Zirkoniumkarbid (ZrC). ZrC är ett extremt hårt eldfast keramiskt material som kommersiellt används i verktygsbitar för skärverktyg.
Beläggningens mycket förbättrade prestanda beror på dess unika strukturella smink och funktioner tillverkade vid Powder Metallurgy Institute, Central South University och studerade vid University of Manchester, Materialskolan. Detta inkluderar extremt bra värmebeständighet och kraftigt förbättrad oxidationsbeständighet.
Det som gör denna beläggning unik är att den har gjorts med en process som kallas reaktiv smältinfiltration (RMI), vilket dramatiskt minskar tiden som krävs för att tillverka sådana material, och har förstärkts med kol -kol -komposit (C/C -komposit). Detta gör den inte bara stark utan extremt resistent mot den vanliga ytnedbrytningen.
Professor Ping Xiao, Professor i materialvetenskap, som ledde studien vid University of Manchester förklarar:"Nuvarande UHTC som används i extrema miljöer är begränsade och det är värt att utforska potentialen för ny enfaskeramik när det gäller minskad avdunstning och bättre oxidationsresistens. Dessutom kan Det har visat sig att införande av sådan keramik i kolfiberarmerade kolmatriskompositer kan vara ett effektivt sätt att förbättra termisk chockresistens. "
