En grupp forskare från NUST MISIS utvecklade ett keramiskt material med den högsta smältpunkten bland för närvarande kända föreningar. På grund av den unika kombinationen av fysiska, mekaniska och termiska egenskaper, materialet är lovande för användning i de mest värmebelastade komponenterna i flygplan, som nässkydd, jetmotorer och vassa framkanter på vingar som arbetar vid temperaturer över 2000 grader C. Resultaten publiceras i Ceramics International .

Många ledande rymdorganisationer (NASA, ESA, såväl som agenturer i Japan, Kina och Indien) utvecklar aktivt återanvändbara rymdplan, vilket avsevärt kommer att minska kostnaderna för att leverera människor och gods till omloppsbana, samt minska tidsintervallen mellan flygningar.

"För närvarande, betydande resultat har uppnåtts i utvecklingen av sådana anordningar. Till exempel, att minska avrundningsradien för de vassa framkanterna på vingarna till några centimeter leder till en betydande ökning av lyft och manövrerbarhet, samt minska det aerodynamiska motståndet. Dock, när man lämnar atmosfären och går in i den igen, på ytan av rymdplanets vingar, temperaturer på cirka 2000 grader C kan observeras, når 4000 grader C längst ut i kanten. Därför, när det gäller sådana flygplan, det finns en fråga förknippad med skapandet och utvecklingen av nya material som kan arbeta vid så höga temperaturer, säger Dmitry Moskovskikh, chef för NUST MISIS Center for Constructional Ceramic Materials.

Under den senaste utvecklingen, målet för forskarna var att skapa ett material med högsta smältpunkt och höga mekaniska egenskaper. Det tredubbla hafnium-kol-kvävesystemet, hafniumkarbonitrid (Hf-C-N), valdes, eftersom forskare från Brown University (USA) tidigare förutspådde att hafniumkarbonitrid skulle ha en hög värmeledningsförmåga och motståndskraft mot oxidation, samt den högsta smältpunkten bland alla kända föreningar (cirka 4200 grader C).

Genom att använda metoden för självförökande högtemperatursyntes, NUSTMISIS-forskarna fick HfC _0,5 N _0,35 , (hafniumkarbonitrid) nära den teoretiska sammansättningen, med en hög hårdhet på 21,3 GPa, vilket är ännu högre än i nya lovande material, såsom ZrB ₂ /SiC (20,9 GPa) och HfB ₂ /SiC/TaSi ₂ (18,1 GPa).

"Det är svårt att mäta ett materials smältpunkt när det överstiger 4000 grader C. Därför, vi bestämde oss för att jämföra smälttemperaturerna för den syntetiserade föreningen och den ursprungliga mästaren, hafniumkarbid. Att göra detta, vi placerade komprimerade HFC- och HfCN-prover på en grafitplatta formad som en hantel, och täckte toppen med en liknande platta för att undvika värmeförlust, " säger Veronika Buinevich, NUST MISIS doktorand.

Nästa, de kopplade den till ett batteri med hjälp av molybdenelektroder. Alla tester utfördes i ett djupt vakuum. Eftersom tvärsnittet av grafitplattor skiljer sig, maxtemperaturen nåddes i den smalaste delen. Resultaten av samtidig uppvärmning av det nya materialet, karbonitrid, och hafniumkarbid, visade att karbonitriden har en högre smältpunkt än hafniumkarbid.

Dock, just nu, den specifika smältpunkten för det nya materialet är över 4000 grader C, och kunde inte bestämmas exakt i laboratoriet. I framtiden, teamet planerar att genomföra experiment för att mäta smälttemperaturen genom högtemperaturpyrometri med hjälp av laser eller elektriskt motstånd. De planerar också att studera prestandan hos den resulterande hafniumkarbonitriden under hypersoniska tillstånd, som kommer att vara relevant för vidare tillämpning inom flygindustrin.