В России создан материал с самой высокой температурой плавления в мире

Дмитрий Степнов

20 мая,

2020

10:54

Отечественные ученые делают важный шаг вперед в решении вопросов аэродинамики.

Группа ученых НИТУ «МИСиС» разработала керамический материал с самой высокой температурой плавления среди всех известных на данный момент соединений.

Благодаря уникальному сочетанию физических, механических и термических свойств, материал перспективен для использования в наиболее теплонагруженных узлах летательных аппаратов – носовых обтекателях, воздушно-реактивных двигателях и острых передних кромках крыльев, работающих при температурах выше 2000 °С. Результаты исследования опубликованы в журнале Ceramics International.

Активное развитие аэрокосмической отрасли предъявляет все более серьезные требования к летательным аппаратам: они должны быть быстрыми, износостойкими, должны снижаться затраты на производство и обслуживание. Многие ведущее космические агентства (НАСА, ЕКА (Европа), а также агентства Японии, Китая и Индии) ведут активную разработку таких летательных аппаратов многоразового пользования – воздушно-космических самолетов (ВКС), применение которых позволит существенно снизить стоимость доставки людей и грузов на орбиту, а также сократить временные интервалы между полетами.

«В настоящее время достигнуты значительные результаты в разработке подобных аппаратов. Например, уменьшение радиуса скругления острых передних кромок крыльев до нескольких сантиметров приводит к значительному увеличению подъёмной силы и маневренности, а также уменьшает аэродинамическое сопротивление. Однако при выходе из атмосферы и повторном входе, на поверхности крыльев ВКС могут наблюдаться температуры порядка 2000 °С, а на самом краю – 4000 °С. Поэтому, когда речь заходит о подобных летательных аппаратах, возникает вопрос, связанный с созданием и разработкой новых материалов, способных работать при столь высоких температурах», – комментирует директор научно-исследовательского центра «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ «МИСиС» Дмитрий Московских

В ходе последних разработок задачей ученых Центра был создан материал с рекордно высокой температурой плавления и высокими механическими свойствами. В качестве кандидата была выбрана тройная система гафний-углерод-азот, карбонитрид гафния (Hf-C-N), так как ранее учеными из университета Брауна (США) методом молекулярной динамики было предсказано, что карбонитрид гафния будет обладать высокой теплопроводностью и стойкостью к окислению, а также самой высокой температурой плавления среди всех известных соединений (примерно 4200 °С).

При помощи метода самораспространяющегося высокотемпературного синтеза ученым НИТУ «МИСиС» удалось получить материал HfC0.5N0.35,(карбонитрид гафния) близкий к теоретическому составу, с высокой твердостью 21.3 ГПа, которая не уступает другим новым перспективным материалам, таким как ZrB2/SiC (диборид циркония-карбид кремния) (20.9 ГПа) и HfB2/SiC/TaSi2(диборид гафния-карбид кремния-диселенид тантала) (18.1 ГПа).

«Трудно измерить температуру плавления материала, когда она превышает 4000 °С, – комментирует аспирант Вероника Буйневич, тема исследования которой «Получение сверхвысокотемпературной керамики на основе карбонитрида гафния для эксплуатации в экстремальных условиях». – Поэтому нами было принято решение сравнить температуры плавления синтезированного соединения и исходного «рекордсмена» – карбида гафния. Для этого мы размещали спрессованные образцы HfCи HfCNна графитовой пластине, имеющей форму гантели, сверху накрывали аналогичной пластиной, чтобы избежать тепловых потерь»

Полученный «сэндвич» ученые подключали к мощному аккумулятору при помощи молибденовых электродов. Все испытания проводили в глубоком вакууме. Так как сечение у графитовых пластин разное, то максимальная температура была достигнута в самой узкой ее части. Результаты одновременного нагрева нового материала, карбонитрида и карбида гафния показали, что карбонитрид обладает более высокой температурой плавления, чем карбид гафния.

Однако на данный момент конкретную температуру плавления нового материала выше 4000 °С определить не удалось – очень трудно имитировать такие температурные нагрузки в лабораторных условиях. В дальнейшем коллектив планирует провести эксперименты по измерению температуры плавления методом высокотемпературной пирометрии при плавлении лазером или электрическим сопротивлением. Также планируется изучить «работоспособность» полученного карбонитрида гафния в гиперзвуковых условиях, что будет актуальным для дальнейшего применения а аэрокосмической промышленности.

Источник: https://rusplt.ru/sdelano-r...

Западные исследователи и специалисты много лет ищут секрет русской Души. Пишут об этом всё что угодно, но только не то, что есть по факту. На самом деле нет никакого секрета. Всё очень просто. Для того, чтобы это полностью осознать, нужно быть Человеком, принадлежащим к РУССКОЙ ЦИВИЛИЗАЦИИ : https://cont.ws/@bernardshaw17... - Загадочная психогенетика русской Души. Русские люди. Какие они?