Un gruppo di scienziati di NUST MISIS ha sviluppato un materiale ceramico con il punto di fusione più alto tra i composti attualmente conosciuti. A causa della combinazione unica di fisico, proprietà meccaniche e termiche, il materiale è promettente per l'uso nei componenti degli aerei più sottoposti a carichi termici, come carenature del naso, motori a reazione e bordi anteriori taglienti delle ali operanti a temperature superiori a 2000 gradi C. I risultati sono pubblicati in Ceramica Internazionale .

Molte importanti agenzie spaziali (NASA, ESA, così come le agenzie del Giappone, Cina e India) stanno attivamente sviluppando aeroplani spaziali riutilizzabili, che ridurrà significativamente il costo di consegna di persone e merci in orbita, oltre a ridurre gli intervalli di tempo tra i voli.

"Attualmente, risultati significativi sono stati raggiunti nello sviluppo di tali dispositivi. Per esempio, ridurre a pochi centimetri il raggio di arrotondamento dei bordi taglienti anteriori delle ali porta ad un significativo aumento della portanza e della manovrabilità, oltre a ridurre la resistenza aerodinamica. Però, quando si esce dall'atmosfera e si rientra in essa, sulla superficie delle ali dello spazioplano, si possono osservare temperature di circa 2000 gradi C, raggiungendo i 4000 gradi C al limite. Perciò, quando si tratta di tali aerei, c'è una domanda associata alla creazione e allo sviluppo di nuovi materiali che possono lavorare a temperature così elevate, "dice Dmitry Moskovskikh, capo del Centro NUST MISIS per i materiali ceramici da costruzione.

Durante i recenti sviluppi, l'obiettivo degli scienziati era creare un materiale con il punto di fusione più alto e le proprietà meccaniche elevate. Il triplo sistema afnio-carbonio-azoto, carbonitruro di afnio (Hf-C-N), fu scelto, poiché gli scienziati della Brown University (USA) avevano precedentemente previsto che il carbonitruro di afnio avrebbe un'elevata conduttività termica e resistenza all'ossidazione, così come il punto di fusione più alto tra tutti i composti conosciuti (circa 4200 gradi C).

Utilizzando il metodo di sintesi ad alta temperatura autopropagante, gli scienziati di NUSTMISIS hanno ottenuto HfC _0,5 n _0,35 , (carbonitruro di afnio) vicino alla composizione teorica, con un'elevata durezza di 21,3 GPa, che è persino superiore a quello dei nuovi materiali promettenti, come ZrB ₂ /SiC (20,9 GPa) e HfB ₂ /SiC/TaSi ₂ (18,1 GPa).

"È difficile misurare il punto di fusione di un materiale quando supera i 4000 gradi . Pertanto, abbiamo deciso di confrontare le temperature di fusione del composto sintetizzato e il campione originale, carburo di afnio. Per fare questo, abbiamo posizionato campioni compressi di HFC e HfCN su una piastra di grafite a forma di manubrio, e coprite la parte superiore con una piastra simile per evitare dispersioni di calore, "dice Veronika Buinevich, Studente post-laurea NUST MISIS.

Prossimo, lo hanno collegato a una batteria utilizzando elettrodi di molibdeno. Tutti i test sono stati eseguiti in un vuoto profondo. Poiché la sezione trasversale delle lastre di grafite è diversa, la temperatura massima è stata raggiunta nella parte più stretta. I risultati del riscaldamento simultaneo del nuovo materiale, carbonitruro, e carburo di afnio, ha mostrato che il carbonitruro ha un punto di fusione più alto del carburo di afnio.

Però, al momento, il punto di fusione specifico del nuovo materiale è superiore a 4000 gradi C, e non può essere determinato con precisione in laboratorio. Nel futuro, il team prevede di condurre esperimenti sulla misurazione della temperatura di fusione mediante pirometria ad alta temperatura utilizzando un laser o una resistenza elettrica. Hanno anche in programma di studiare le prestazioni del carbonitruro di afnio risultante in condizioni ipersoniche, che sarà rilevante per ulteriori applicazioni nell'industria aerospaziale.