Een groep wetenschappers van NUST MISIS ontwikkelde een keramisch materiaal met het hoogste smeltpunt van de momenteel bekende verbindingen. Door de unieke combinatie van fysieke, mechanische en thermische eigenschappen, het materiaal is veelbelovend voor gebruik in de meest hittebelaste onderdelen van vliegtuigen, zoals neuskappen, straalmotoren en scherpe voorranden van vleugels die werken bij temperaturen boven 2000 graden C. De resultaten zijn gepubliceerd in Keramiek Internationaal .

Veel toonaangevende ruimtevaartorganisaties (NASA, ESA, evenals agentschappen van Japan, China en India) zijn actief bezig met het ontwikkelen van herbruikbare ruimtevliegtuigen, wat de kosten voor het naar de ruimte brengen van mensen en vracht aanzienlijk zal verminderen, evenals het verkorten van de tijdsintervallen tussen vluchten.

"Momenteel, significante resultaten zijn bereikt bij de ontwikkeling van dergelijke apparaten. Bijvoorbeeld, het verminderen van de afrondingsstraal van de scherpe voorranden van de vleugels tot enkele centimeters leidt tot een aanzienlijke toename van de lift en wendbaarheid, evenals het verminderen van de aerodynamische weerstand. Echter, bij het verlaten van de atmosfeer en het opnieuw binnengaan, op het oppervlak van de vleugels van het ruimtevliegtuig, temperaturen van ongeveer 2000 graden C kunnen worden waargenomen, het bereiken van 4000 graden C aan de rand. Daarom, als het om dergelijke vliegtuigen gaat, er is een vraag in verband met de creatie en ontwikkeling van nieuwe materialen die bij zulke hoge temperaturen kunnen werken, " zegt Dmitry Moskovskikh, hoofd van NUST MISIS Centrum voor Constructieve Keramische Materialen.

Tijdens recente ontwikkelingen, het doel van de wetenschappers was om een ​​materiaal te creëren met het hoogste smeltpunt en hoge mechanische eigenschappen. Het drievoudige hafnium-koolstof-stikstof systeem, hafniumcarbonitride (Hf-C-N), was gekozen, zoals wetenschappers van Brown University (VS) eerder voorspelden dat hafniumcarbonitride een hoge thermische geleidbaarheid en weerstand tegen oxidatie zou hebben, evenals het hoogste smeltpunt van alle bekende verbindingen (ongeveer 4200 graden C).

Met behulp van de methode van zelfvermeerdering van synthese bij hoge temperatuur, de NUSTMISIS-wetenschappers verkregen HfC _0,5 N _0,35 , (hafniumcarbonitride) dicht bij de theoretische samenstelling, met een hoge hardheid van 21,3 GPa, die zelfs hoger is dan in nieuwe veelbelovende materialen, zoals ZrB ₂ /SiC (20,9 GPa) en HfB ₂ /SiC/TaSi ₂ (18.1GPa).

"Het is moeilijk om het smeltpunt van een materiaal te meten als het hoger is dan 4000 graden С. Daarom is we besloten om de smelttemperaturen van de gesynthetiseerde verbinding en de oorspronkelijke kampioen te vergelijken, hafniumcarbide. Om dit te doen, we plaatsten gecomprimeerde HFC- en HfCN-monsters op een grafietplaat in de vorm van een halter, en bedekte de bovenkant met een soortgelijke plaat om warmteverlies te voorkomen, " zegt Veronika Buinevich, NUST MISIS postdoctorale student.

Volgende, ze verbonden het met een batterij met behulp van molybdeenelektroden. Alle tests werden uitgevoerd in een diep vacuüm. Omdat de doorsnede van grafietplaten verschilt, in het smalste deel werd de maximale temperatuur bereikt. De resultaten van gelijktijdige verwarming van het nieuwe materiaal, carbonitride, en hafniumcarbide, toonde aan dat het carbonitride een hoger smeltpunt heeft dan hafniumcarbide.

Echter, momenteel, het specifieke smeltpunt van het nieuwe materiaal ligt boven de 4000 graden C, en kon in het laboratorium niet precies worden bepaald. In de toekomst, het team is van plan experimenten uit te voeren om de smelttemperatuur te meten door pyrometrie op hoge temperatuur met behulp van een laser of elektrische weerstand. Ze zijn ook van plan om de prestaties van het resulterende hafniumcarbonitride in hypersonische omstandigheden te bestuderen, die relevant zullen zijn voor verdere toepassing in de lucht- en ruimtevaartindustrie.