Создан самый тугоплавкий на сегодня материал

Российские исследователи создали материал, который имеет самую высокую температуру плавления среди всех известных на данный момент веществ. Новое соединение авторы планируют использовать в качестве конструкционного материала для ракетостроения. Исследование опубликовано в журнале Ceramics International.

Аэрокосмическая отрасль движется вперед, из-за чего требования к конструкционным материалам летательных аппаратов возрастают. Ракеты должны быть быстрыми, износостойкими, при этом стоимость их производства должна снижаться. В связи с этим исследователи со всего мира стараются разработать многоразовые ракеты-носители наподобие аппаратов SpaceX.

«На сегодня специалисты достигли значительных результатов в разработке такого рода аппаратов. Выяснено, например, что уменьшение радиуса скругления острых передних кромок крыльев до нескольких сантиметров повышает подъемную силу и маневренность, а также снижает аэродинамическое сопротивление. Но при выходе из атмосферы и повторном входе поверхность крыльев разогревается и их температура может повышаться до 4000 °С. Поэтому для таких аппаратов важно разрабатывать новые термостойкие материалы с высокой температурой плавления», — рассказывает один из авторов работы, директор научно-исследовательского центра «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ «МИСиС» Дмитрий Московских.

Теперь исследователи из Института структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН и НИТУ «МИСиС» представили материал, имеющий рекордно высокую температуру плавления и хорошие механические свойства. Для создания термостойкой керамики исследователи протестировали несколько составов карбонитрида гафния (HfC_xN_y), так как ранее другие ученые, используя метод молекулярной динамики, предсказали, что это соединение будет иметь высокую теплопроводность, устойчивость к окислению и самую высокую температуру плавления среди всех известных соединений — около 4200 °С.

Используя метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, исследователи НИТУ «МИСиС» смогли получить состав HfC_0.5N_0.35. Это соединение очень близко к рассчитанному в теории составу, имеющему твердость в 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).

Такой керамический «сэндвич» исследователи подключали к мощному аккумулятору с помощью молибденовых электродов. Затем под высоким вакуумом ученые нагревали материал до температуры выше 4000 °С. Из-за разного сечения графитовой пластины исследователи смогли достичь предельной температуры только в самой узкой ее части. При одновременном нагреве карбонитрида и карбида гафния оказалось, что карбонитрид обладает более высокой температурой плавления, чем его конкурент.

Однако на сегодня точную температуру плавления нового материала выше 4000 °С определить не удалось из-за трудностей воссоздания таких температурных нагрузок в лабораторных условиях. В будущем исследователи планируют провести измерения температуры плавления методом высокотемпературной пирометрии при плавлении лазером или электрическим сопротивлением.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.