Onderzoekers van The University of Manchester in samenwerking met Central South University (CSU), China, hebben een nieuw soort keramische coating gecreëerd die een revolutie teweeg kan brengen in hypersonische reizen voor lucht, ruimte- en defensiedoeleinden.

Hypersonische reizen betekent bewegen op Mach vijf of hoger, die minstens vijf keer sneller is dan de snelheid van het geluid. Bij een dergelijke beweging is de warmte die wordt gegenereerd door lucht en gas in de atmosfeer extreem heet en kan een ernstige impact hebben op de structurele integriteit van een vliegtuig of projectiel. Dat komt omdat de temperaturen die het vliegtuig raken ergens tussen de 2 en 000 tot 3, 000 °C.

De structurele problemen worden voornamelijk veroorzaakt door twee processen die oxidatie en ablatie worden genoemd. Dit is het moment waarop extreem hete lucht en gas oppervlaktelagen verwijderen van de metalen materialen van het vliegtuig of object dat met zulke hoge snelheden reist. Om dit probleem te bestrijden zijn materialen nodig die ultrahoge temperatuur keramiek (UHTC's) worden genoemd in vliegtuigmotoren en hypersonische voertuigen zoals raketten, re-entry ruimtevaartuigen en verdedigingsprojectielen.

Maar, Momenteel, zelfs conventionele UHTC's kunnen momenteel niet voldoen aan de bijbehorende ablatie-eisen van reizen met zulke extreme snelheden en temperaturen. Echter, de onderzoekers van de Universiteit van Manchester en het Royce Institute, in samenwerking met de Central South University of China, hebben een nieuwe hardmetalen coating ontworpen en gefabriceerd die enorm superieur is in het weerstaan ​​van temperaturen tot 3, 000 °C, in vergelijking met bestaande UHTC's.

Professor Philip Withers, Regius Professor van de Universiteit van Manchester, zegt:"Toekomstige hypersonische ruimtevaartvoertuigen bieden het potentieel van een stapsgewijze sprong in transitsnelheden. Een hypersonisch vliegtuig zou in slechts twee uur van Londen naar New York kunnen vliegen en zou een revolutie teweegbrengen in zowel het commerciële als het woon-werkverkeer.

"Maar op dit moment is een van de grootste uitdagingen hoe kritieke componenten zoals leading edge, verbranders en neustips zodat ze de ernstige oxidatie en extreme schuren van warmtestromen overleven bij zulke temperaturen die tijdens de vlucht tot overmaat leiden."

Tot dusver, de hardmetalen coating die is ontwikkeld door teams van zowel de Universiteit van Manchester als de Central South University blijkt 12 keer beter te zijn dan de conventionele UHTC, Zirkoniumcarbide (ZrC). ZrC is een extreem hard vuurvast keramisch materiaal dat commercieel wordt gebruikt in gereedschapsbits voor snijgereedschappen.

De sterk verbeterde prestaties van de coating zijn te danken aan de unieke structurele samenstelling en kenmerken die zijn vervaardigd door het Powder Metallurgy Institute, Central South University en studeerde aan de Universiteit van Manchester, School voor materialen. Dit omvat een extreem goede hittebestendigheid en een enorm verbeterde oxidatieweerstand.

Wat deze coating uniek maakt, is dat hij is gemaakt met behulp van een proces dat reactieve smeltinfiltratie (RMI) wordt genoemd. waardoor de tijd die nodig is om dergelijke materialen te maken drastisch wordt verkort, en is versterkt met koolstof-koolstofcomposiet (C/C-composiet). Dit maakt het niet alleen sterk, maar ook extreem goed bestand tegen de gebruikelijke oppervlaktedegradatie.

Professor Ping Xiao, Hoogleraar Materiaalkunde, die de studie leidde aan de Universiteit van Manchester legt uit:"De huidige UHTC's die in extreme omgevingen worden gebruikt, zijn beperkt en het is de moeite waard om het potentieel van nieuwe eenfasige keramiek te onderzoeken in termen van verminderde verdamping en betere oxidatieweerstand. Bovendien, het is aangetoond dat het introduceren van dergelijk keramiek in koolstofvezelversterkte koolstofmatrixcomposieten een effectieve manier kan zijn om de weerstand tegen thermische schokken te verbeteren."