Серьезный рывок в материаловедении
Исследователи НИТУ «МИСиС» создали уникальный керамический материал, обладающий беспрецедентно высокой температурой плавления среди всех известных на сегодня веществ. Благодаря идеальному сочетанию физических, термических и механических показателей, открытие крайне востребовано для критически важных узлов сверхскоростных аэрокосмических систем – обтекателей, реактивных двигателей и кромок крыльев, выдерживающих свыше 2000 °С.
Вызовы современной аэрокосмики
Бурное развитие технологий освоения космоса требует от летательных аппаратов новых возможностей: скорости, надежности, экономичности эксплуатации и производства. Ведущие мировые космические ведомства, включая НАСА и ЕКА, а также их коллеги из азиатского региона, активно проектируют многоразовые воздушно-космические самолеты (ВКС), способные удешевить логистику орбиты и повысить частоту миссий.
Проблема экстремальных температур
«Современные разработки ВКС демонстрируют впечатляющие успехи. Например, острые кромки крыла значительно улучшают аэродинамику и управляемость. Однако при маневрах выхода и входа в атмосферу эти элементы испытывают нагрев до 4000 °С. Это создает острую потребность в принципиально новых сверхтугоплавких материалах», — сообщает Дмитрий Московских, возглавляющий профильный исследовательский центр НИТУ «МИСиС».
На пути к карбонитриду гафния
Ставя задачу создать материал с рекордной температурой плавления и превосходной прочностью, центр выбрал тройную систему гафний-углерод-азот (Hf-C-N, карбонитрид гафния). Ранее теоретические исследования предсказывали этому соединению исключительную жаростойкость, теплопроводность и лидерство по температуре плавления (~4200 °С).
Синтез и первые победы
Метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза позволил добиться успеха: получен образец состава HfC0.5N0.35 (карбонитрид гафния) с выдающейся твердостью 21.3 ГПа. Этот результат сопоставим или превосходит характеристики таких современных материалов, как ZrB2/SiC и HfB2/SiC/TaSi2.
Испытания на плавление: сложности и успех
«Измерение точки плавления за гранью 4000 °С — серьезный вызов, — делится аспирант Вероника Буйневич. — Для оценки мы разработали эксперимент, сравнив новинку с эталоном – карбидом гафния (HfC). Прессованные образцы обоих материалов размещались в форме гантели между графитовыми пластинами для термоизоляции». Подключив конструкцию к мощному источнику в вакуумной камере с использованием молибденовых электродов, ученые добились максимального нагрева в самой тонкой части графитовой "гантели". Испытания подтвердили превосходство карбонитрида: его плавление произошло при большей температуре, чем у карбида.
Планы на будущее
Пока точное значение температуры плавления для нового материала выше 4000 °С установить не удалось — лабораторное моделирование столь экстремальных условий затруднено. Дальнейшая работа команды сфокусирована на использовании методов пирометрии при плавлении лазером или током для точных замеров. Также запланированы ключевые испытания карбонитрида гафния в условиях гиперзвукового потока, что откроет дорогу к его практическому применению в аэрокосмической отрасли.
Источник: scientificrussia.ru
