Предполагается, что карбонитрид гафния будет использоваться с летательных аппаратах
Керамический материал с самой высокой температурой плавления среди всех известных на данный момент соединений— до 4200 градусов Цельсия — разработала группа ученых НИТУ «МИСиС». Благодаря уникальному сочетанию физических, механических и термических свойств, материал может с успехом использования в наиболее нагреваемых узлах летательных аппаратов: носовых обтекателях, воздушно-реактивных двигателях и острых передних кромках крыльев, работающих при температурах выше 2000 С.
Многие ведущее космические агентства ведут активную разработку летательных аппаратов многоразового использования – воздушно-космических самолетов (ВКС), применение которых позволит существенно снизить стоимость доставки людей и грузов на орбиту, а также сократить временные интервалы между полетами.
Увеличение подъемной силы и маневренности таких самолетов отчасти достигается сооружением более острых передних кромок их крыльев. Однако при входе и выходе из атмосферы на поверхности таких крыльев температура может подскакивать до 2000- 4000 С.
Поэтому всегда возникал вопрос, связанный с созданием и разработкой новых материалов, способных работать при столь высоких температурах.
Как сообщили «МК» в университете, в ходе последних разработок учеными был создан материал с рекордно высокой температурой плавления и высокими механическими свойствами. Основой данной разработки стали предсказания ученых из университета Брауна (США), что материал гафний-углерод-азот (карбонитрид гафния — Hf-C-N) будет обладать высокой теплопроводностью, а также самой высокой температурой плавления среди всех известных соединений (примерно 4200 °С).
При помощи химической реакции, сопровождающейся выделением теплоты, ученым удалось получить карбонитрид гафния, близкий к пресказанному теоретическому составу, с высокой твердостью, не уступающей по этому признаку другим новым перспективным материалам.
Что же касается его температуры плавления, ее сравнивали с температурой плавления прежнего «рекордсмена» – карбида гафния (HfC), которая доходит до 3900 С. Для этого исследователи размещали спрессованные образцы HfC и HfCN на графитовой пластине, имеющей форму гантели, сверху накрывали аналогичной пластиной, чтобы избежать тепловых потерь. Полученный «сэндвич» подключали к мощному аккумулятору при помощи молибденовых электродов. Все испытания проводили в глубоком вакууме.
Результаты одновременного нагрева нового материала и карбида гафния показали, что карбонитрид обладает более высокой температурой плавления — выше 4000 градусов.
Теперь ученые планируют изучить «работоспособность» полученного материала в гиперзвуковых условиях на специальном испытательном стенде, имитирующим условия космического полета.
