Ricercatori dell'Università di Manchester in collaborazione con la Central South University (CSU), Cina, hanno creato un nuovo tipo di rivestimento ceramico che potrebbe rivoluzionare il viaggio ipersonico per l'aria, spazio e scopi di difesa.
Viaggio ipersonico significa muoversi a Mach cinque o più, che è almeno cinque volte più veloce della velocità del suono. Quando ci si muove a tale velocità, il calore generato dall'aria e dal gas nell'atmosfera è estremamente caldo e può avere un grave impatto sull'integrità strutturale di un aereo o di un proiettile. Questo perché le temperature che colpiscono l'aereo possono raggiungere ovunque da 2, 000 a 3, 000 °C.
I problemi strutturali sono principalmente causati da due processi chiamati ossidazione e ablazione. Questo è il momento in cui aria e gas estremamente caldi rimuovono gli strati superficiali dai materiali metallici dell'aereo o dell'oggetto che viaggia a velocità così elevate. Per combattere il problema sono necessari materiali chiamati ceramiche ad altissima temperatura (UHTC) nei motori aeronautici e nei veicoli ipersonici come i razzi, veicoli spaziali di rientro e proiettili di difesa.
Ma, attualmente, anche gli UHTC convenzionali non sono attualmente in grado di soddisfare i requisiti di ablazione associati ai viaggi a velocità e temperature così estreme. Però, i ricercatori dell'Università di Manchester e del Royce Institute, in collaborazione con la Central South University of China, hanno progettato e fabbricato un nuovo rivestimento in metallo duro che è di gran lunga superiore a resistere a temperature fino a 3, 000 °C, rispetto agli UHTC esistenti.
Professor Philip Withers, Regius Professor dell'Università di Manchester, afferma:"I futuri veicoli aerospaziali ipersonici offrono il potenziale di un salto di velocità nelle velocità di transito. Un aereo ipersonico potrebbe volare da Londra a New York in sole due ore e rivoluzionerebbe sia i viaggi commerciali che quelli dei pendolari.
"Ma al momento una delle maggiori sfide è come proteggere i componenti critici come i bordi d'attacco, combustori e punte del naso in modo che sopravvivano alla grave ossidazione e all'estremo lavaggio dei flussi di calore a tali temperature causano un eccesso durante il volo."
Finora, il rivestimento in carburo sviluppato dai team dell'Università di Manchester e della Central South University si sta dimostrando 12 volte migliore del convenzionale UHTC, Carburo di zirconio (ZrC). ZrC è un materiale ceramico refrattario estremamente duro utilizzato commercialmente nelle punte per utensili da taglio.
Le prestazioni molto migliorate del rivestimento sono dovute alla sua composizione strutturale unica e alle caratteristiche prodotte presso l'Istituto di metallurgia delle polveri, Central South University e ha studiato all'Università di Manchester, Scuola dei Materiali. Ciò include una resistenza al calore estremamente buona e una resistenza all'ossidazione notevolmente migliorata.
Ciò che rende unico questo rivestimento è che è stato realizzato utilizzando un processo chiamato infiltrazione reattiva del fuso (RMI), che riduce drasticamente il tempo necessario per realizzare tali materiali, ed è stato rinforzato con composito carbonio-carbonio (composito C/C). Questo lo rende non solo robusto ma estremamente resistente al normale degrado superficiale.
Professor Ping Xiao, Professore di Scienza dei Materiali, che ha condotto lo studio presso l'Università di Manchester spiega:"Gli attuali UHTC utilizzati in ambienti estremi sono limitati e vale la pena esplorare il potenziale delle nuove ceramiche monofase in termini di evaporazione ridotta e migliore resistenza all'ossidazione. Inoltre, è stato dimostrato che l'introduzione di tali ceramiche in compositi a matrice di carbonio rinforzati con fibra di carbonio può essere un modo efficace per migliorare la resistenza agli shock termici."
