Um grupo de cientistas da NUST MISIS desenvolveu um material cerâmico com o ponto de fusão mais alto entre os compostos atualmente conhecidos. Devido à combinação única de elementos físicos, propriedades mecânicas e térmicas, o material é promissor para uso na maioria dos componentes carregados de calor de aeronaves, como carenagens de nariz, motores a jato e bordas dianteiras afiadas das asas operando em temperaturas acima de 2.000 graus C. Os resultados são publicados em Ceramics International .

Muitas agências espaciais importantes (NASA, ESA, bem como agências do Japão, China e Índia) estão desenvolvendo ativamente aviões espaciais reutilizáveis, o que reduzirá significativamente o custo de entrega de pessoas e carga em órbita, bem como reduzir os intervalos de tempo entre os voos.

"Atualmente, resultados significativos foram alcançados no desenvolvimento de tais dispositivos. Por exemplo, reduzir o raio de arredondamento das bordas dianteiras afiadas das asas a alguns centímetros leva a um aumento significativo na sustentação e capacidade de manobra, além de reduzir o arrasto aerodinâmico. Contudo, ao sair da atmosfera e reentrar nela, na superfície das asas do avião espacial, temperaturas de cerca de 2.000 graus C podem ser observadas, atingindo 4000 graus C na borda. Portanto, quando se trata de tal aeronave, há uma questão associada à criação e desenvolvimento de novos materiais que podem funcionar em tais altas temperaturas, "diz Dmitry Moskovskikh, chefe do NUST MISIS Center for Constructional Ceramic Materials.

Durante desenvolvimentos recentes, o objetivo dos cientistas era criar um material com o mais alto ponto de fusão e altas propriedades mecânicas. O sistema triplo háfnio-carbono-nitrogênio, carbonitreto de háfnio (Hf-C-N), foi escolhido, como cientistas da Brown University (EUA) previram anteriormente que o carbonitreto de háfnio teria uma alta condutividade térmica e resistência à oxidação, bem como o ponto de fusão mais alto entre todos os compostos conhecidos (aproximadamente 4200 graus C).

Usando o método de síntese de alta temperatura autopropagada, os cientistas do NUSTMISIS obtiveram HfC _0,5 N _0,35 , (carbonitreto de háfnio) próximo à composição teórica, com uma alta dureza de 21,3 GPa, que é ainda maior do que em novos materiais promissores, como ZrB ₂ / SiC (20,9 GPa) e HfB ₂ / SiC / TaSi ₂ (18,1 GPa).

"É difícil medir o ponto de fusão de um material quando em mais de 4000 graus С. Portanto, decidimos comparar as temperaturas de fusão do composto sintetizado e do campeão original, carboneto de háfnio. Para fazer isso, colocamos amostras comprimidas de HFC e HfCN em uma placa de grafite em forma de haltere, e cobriu a parte superior com uma placa semelhante para evitar a perda de calor, "diz Veronika Buinevich, Estudante de pós-graduação do NUST MISIS.

Próximo, eles o conectaram a uma bateria usando eletrodos de molibdênio. Todos os testes foram realizados em vácuo profundo. Uma vez que a seção transversal das placas de grafite difere, a temperatura máxima foi atingida na parte mais estreita. Os resultados do aquecimento simultâneo do novo material, carbonitreto, e carboneto de háfnio, mostraram que o carbonitreto tem um ponto de fusão mais alto do que o carboneto de háfnio.

Contudo, no momento, o ponto de fusão específico do novo material está acima de 4000 graus C, e não pôde ser determinado com precisão em laboratório. No futuro, a equipe planeja realizar experimentos para medir a temperatura de fusão por pirometria de alta temperatura usando um laser ou resistência elétrica. Eles também planejam estudar o desempenho do carbonitreto de háfnio resultante em condições hipersônicas, que será relevante para posterior aplicação na indústria aeroespacial.