L'équipe du Centre NUST MISIS des Matériaux Céramiques de Construction. Crédit :Sergey Gnuskov/NUST MISIS
Un groupe de scientifiques de NUST MISIS a développé un matériau céramique avec le point de fusion le plus élevé parmi les composés actuellement connus. En raison de la combinaison unique de physique, propriétés mécaniques et thermiques, le matériau est prometteur pour une utilisation dans les composants les plus chargés thermiquement des avions, tels que les carénages de nez, les moteurs à réaction et les bords avant tranchants des ailes fonctionnant à des températures supérieures à 2000 degrés C. Les résultats sont publiés dans Céramique Internationale .
De nombreuses agences spatiales de premier plan (NASA, ESA, ainsi que des agences du Japon, Chine et Inde) développent activement des avions spatiaux réutilisables, ce qui réduira considérablement le coût de livraison des personnes et des marchandises en orbite, ainsi que de réduire les intervalles de temps entre les vols.
"Actuellement, des résultats significatifs ont été obtenus dans le développement de tels dispositifs. Par exemple, la réduction du rayon d'arrondi des bords avant tranchants des ailes à quelques centimètres conduit à une augmentation significative de la portance et de la maniabilité, ainsi que la réduction de la traînée aérodynamique. Cependant, en sortant de l'atmosphère et en y rentrant, à la surface des ailes de l'avion spatial, des températures d'environ 2000 degrés C peuvent être observées, atteignant 4000 degrés C au bord même. Par conséquent, lorsqu'il s'agit de tels aéronefs, il y a une question associée à la création et au développement de nouveaux matériaux qui peuvent fonctionner à des températures aussi élevées, " dit Dmitry Moskovskikh, directeur du Centre NUST MISIS pour les matériaux céramiques de construction.
Lors des récents développements, l'objectif des scientifiques était de créer un matériau avec le point de fusion le plus élevé et des propriétés mécaniques élevées. Le système triple hafnium-carbone-azote, carbonitrure d'hafnium (Hf-C-N), a été choisi, comme des scientifiques de l'Université Brown (États-Unis) avaient prédit que le carbonitrure d'hafnium aurait une conductivité thermique et une résistance à l'oxydation élevées, ainsi que le point de fusion le plus élevé parmi tous les composés connus (environ 4200 degrés C).
En utilisant la méthode d'auto-propagation de la synthèse à haute température, les scientifiques de NUSTMISIS ont obtenu le HfC
"Il est difficile de mesurer le point de fusion d'un matériau lorsqu'il dépasse 4000 degrés . Par conséquent, nous avons décidé de comparer les températures de fusion du composé synthétisé et du champion d'origine, carbure d'hafnium. Pour faire ça, nous avons placé des échantillons compressés de HFC et HfCN sur une plaque de graphite en forme d'haltère, et recouvert le dessus d'une plaque similaire pour éviter les pertes de chaleur, " dit Veronika Buinevich, Étudiant de troisième cycle NUST MISIS.
Prochain, ils l'ont connecté à une batterie à l'aide d'électrodes en molybdène. Tous les tests ont été effectués sous vide poussé. Étant donné que la section transversale des plaques de graphite diffère, la température maximale a été atteinte dans la partie la plus étroite. Les résultats du chauffage simultané du nouveau matériau, carbonitrure, et carbure d'hafnium, ont montré que le carbonitrure a un point de fusion plus élevé que le carbure d'hafnium.
Cependant, à l'heure actuelle, le point de fusion spécifique du nouveau matériau est supérieur à 4000 degrés C, et n'a pas pu être déterminé avec précision en laboratoire. À l'avenir, l'équipe envisage de mener des expériences sur la mesure de la température de fusion par pyrométrie à haute température à l'aide d'un laser ou d'une résistance électrique. Ils prévoient également d'étudier les performances du carbonitrure d'hafnium résultant dans des conditions hypersoniques, qui sera pertinent pour une application ultérieure dans l'industrie aérospatiale.
