Chercheurs de l'Université de Manchester en collaboration avec la Central South University (CSU), Chine, ont créé un nouveau type de revêtement céramique qui pourrait révolutionner le voyage hypersonique pour l'air, à des fins spatiales et de défense.

Le voyage hypersonique signifie se déplacer à Mach cinq ou plus, qui est au moins cinq fois plus rapide que la vitesse du son. Lors d'un déplacement à une telle vitesse, la chaleur générée par l'air et le gaz dans l'atmosphère est extrêmement chaude et peut avoir un impact sérieux sur l'intégrité structurelle d'un avion ou d'un projectile. C'est parce que les températures qui frappent l'avion peuvent atteindre n'importe où de 2, 000 à 3, 000°C.

Les problèmes structurels sont principalement causés par deux processus appelés oxydation et ablation. C'est le moment où l'air et le gaz extrêmement chauds éliminent les couches superficielles des matériaux métalliques de l'avion ou de l'objet se déplaçant à des vitesses aussi élevées. Pour lutter contre le problème, des matériaux appelés céramiques à ultra-haute température (UHTC) sont nécessaires dans les moteurs d'avion et les véhicules hypersoniques tels que les fusées, engins spatiaux de rentrée et projectiles de défense.

Mais, maintenant, même les UHTC conventionnels ne peuvent actuellement pas satisfaire les exigences d'ablation associées aux déplacements à des vitesses et des températures aussi extrêmes. Cependant, les chercheurs de l'Université de Manchester et du Royce Institute, en collaboration avec la Central South University of China, ont conçu et fabriqué un nouveau revêtement de carbure qui est largement supérieur pour résister à des températures allant jusqu'à 3, 000°C, par rapport aux UHTC existants.

Professeur Philip Withers, Professeur Regius de l'Université de Manchester, dit :« Les futurs véhicules aérospatiaux hypersoniques offrent le potentiel d'un saut de vitesse dans les vitesses de transit. Un avion hypersonique pourrait voler de Londres à New York en seulement deux heures et révolutionnerait à la fois les déplacements commerciaux et les déplacements domicile-travail.

"Mais à l'heure actuelle, l'un des plus grands défis est de savoir comment protéger les composants critiques tels que les bords d'attaque, les chambres de combustion et les pointes de nez afin qu'ils survivent à l'oxydation sévère et à l'affouillement extrême des flux de chaleur à de telles températures provoquent un excès pendant le vol.

Jusque là, le revêtement carbure développé par les équipes de l'Université de Manchester et de l'Université Central South s'avère 12 fois meilleur que l'UHTC conventionnel, Carbure de zirconium (ZrC). Le ZrC est un matériau céramique réfractaire extrêmement dur utilisé dans le commerce dans les mèches pour outils de coupe.

Les performances nettement améliorées du revêtement sont dues à sa composition structurelle unique et à ses caractéristiques fabriquées à l'Institut de métallurgie des poudres, Central South University et a étudié à l'Université de Manchester, École des matériaux. Cela inclut une résistance à la chaleur extrêmement bonne et une résistance à l'oxydation considérablement améliorée.

Ce qui rend ce revêtement unique, c'est qu'il a été fabriqué à l'aide d'un processus appelé infiltration réactive à l'état fondu (RMI), ce qui réduit considérablement le temps nécessaire pour fabriquer de tels matériaux, et a été renforcé avec un composite carbone-carbone (composite C/C). Cela le rend non seulement solide mais extrêmement résistant à la dégradation de surface habituelle.

Professeur Ping Xiao, Professeur de science des matériaux, qui a dirigé l'étude à l'Université de Manchester explique :« Les UHTC actuels utilisés dans des environnements extrêmes sont limités et il vaut la peine d'explorer le potentiel des nouvelles céramiques monophasées en termes de réduction de l'évaporation et de meilleure résistance à l'oxydation. De plus, il a été démontré que l'introduction de telles céramiques dans des composites à matrice de carbone renforcés de fibres de carbone peut être un moyen efficace d'améliorer la résistance aux chocs thermiques.