Российские ученые создали материал с самой высокой известной температурой плавления в мире

НИТУ "МИСиС", 20 мая 2020 года

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 HfC и HfCN на 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.

Справка о НИТУ «МИСиС»
НИТУ «МИСиС» - один из наиболее динамично развивающихся научно-образовательных центров страны. Находясь в числе лидеров технологического образования России, НИТУ «МИСиС» также представляет собой полноценный научный центр. Университет занимает ведущие позиции в мире в предметных рейтингах THE, QS и ARWU сразу по 13 направлениям, входя в топ-100 в категориях «Инжиниринг–Горное дело» (рейтинг QS) и «Инжиниринг-Металлургия» (рейтинг ARWU), в области материаловедения НИТУ «МИСиС» в группе 101+ лучших вузов (рейтинг QS).

Стратегическая цель НИТУ «МИСиС» к 2020 году укрепить лидерство по направлениям специализации: материаловедение, металлургия и горное дело, а также существенно усилить свои позиции в сфере био-, нанотехнологий и ИТ. В состав университета входит 10 институтов, 6 филиалов – четыре в России и два за рубежом. В НИТУ «МИСиС» учится более 22 000 обучающихся из 81 страны мира. В университете действуют более 30 научно-исследовательских лабораторий и 3 инжиниринговых центра мирового уровня, в которых работают ведущие российские и зарубежные ученые. НИТУ «МИСиС» успешно реализует совместные проекты с крупнейшими высокотехнологичными компаниями России и мира. 


Сообщения компаний:

Эмирейтс покажет матчи «Ролан Гаррос» в прямом эфире на высоте 10 000 метров
Авиакомпания Emirates

Помощники экипажа: авиакомпания NordStar поздравила маленьких путешественников с днем защиты детей
АО "Авиакомпания "НордСтар"

Шереметьево обслужил первых пассажиров по биометрической идентификации при прохождении предполетных процедур
АО "Международный аэропорт Шереметьево"

AZUR air запустила прямые рейсы в Анталью из Новосибирска
Авиакомпания AZUR air

Аэрофлот объявляет финансовые результаты за 1 квартал 2026 года по МСФО
ПАО "Аэрофлот"

«Аэроэкспресс» запустил акцию «Паспорт путешественника» для маленьких пассажиров
ООО "Аэроэкспресс"

Аэрофлот запустил биометрическую идентификацию пассажиров в Шереметьево и Пулково при прохождении предполётных процедур
ПАО "Аэрофлот"

Из Норильска во Владикавказ: авиакомпания NordStar выполнила первый рейс по новому направлению
АО "Авиакомпания "НордСтар"

Новый рейс НордСтар во Владикавказ
Московский аэропорт Домодедово

Авиакомпания NordStar выполнила первый рейс из Домодедово во Владикавказ
АО "Авиакомпания "НордСтар"

Сотрудники «Газпромнефть-Аэро» приняли участие в экологической акции в Рязани
АО "Газпромнефть-Аэро"

Аэропорт Красноярск отмечает 5-летний юбилей работы хаба Группы «Аэрофлот»
Международный аэропорт Красноярск

«Росэл» создал нанопасту для космической электроники
Холдинг «Росэл»

Семейный фестиваль от аэропорта «Казань» по случаю Международного дня защиты детей: «Взлётка фест»
АО "Международный аэропорт "Казань"

Авиакомпания «Аврора» продолжает полеты по социально значимым рейсам до конца летнего расписания 2026 года из Хабаровска в Зею, Тынду, Ноглики, Шахтерск и из Владивостока в Курильск
АО "Авиакомпания "Аврора"

Аэрофлот возобновил регулярное авиасообщение с ОАЭ
ПАО "Аэрофлот"

Спасти морского льва перед вылетом: в аэровокзале Южно-Сахалинска прошёл День юного пассажира
АО «Аэровокзал Южно-Сахалинск»

Рейсы из Международного аэропорта Владивосток в Нерюнгри возобновлены
АО "Международный аэропорт Владивосток"

Аэрофлот отмечает 5-летие сибирского хаба
ПАО "Аэрофлот"

Аэрофлот поздравит юных пассажиров с Днём защиты детей
ПАО "Аэрофлот"