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:

AZUR air готовится начать техническое обслуживание авиационных двигателей в собственном инженерном центре
Авиакомпания AZUR air

Авиакомпания NordStar запустила комбинированную оплату звездами в программе лояльности «Летать легко!»
АО "Авиакомпания "НордСтар"

Ространснадзор подтвердил высокий уровень исполнения требований транспортной безопасности АО «МАШ
АО "Международный аэропорт Шереметьево"

Аэропорт Красноярск установил рекорд по международному пассажиропотоку
Международный аэропорт Красноярск

Сотрудники ОДК поборются за медали чемпионата Госкорпорации Ростех «Время первых»
АО "ОДК"

Выпускники Передовой инженерной школы работают над актуальными задачами ОДК-СТАР
АО "ОДК-СТАР"

Шоколад на высоте: секреты идеального вкуса от Эмирейтс
Авиакомпания Emirates

17,2 млн пассажиров обслужил терминал Аэроэкспресса в аэропорту Домодедово с момента запуска
ООО "Аэроэкспресс"

«РТ-Техприемка» признана ИНТИ в качестве органа по сертификации систем менеджмента
АО "РТ-Техприемка"

«Росэл» представил линейку продуктов для ключевых отраслей экономики Тверской области
Холдинг «Росэл»

Более 30 выпускников-целевиков вузов Башкортостана пополнят коллектив ОДК-УМПО
АО "ОДК"

«Ингосстрах» застраховал риски запуска транспортного пилотируемого корабля «Союз МС-29»
СПАО «Ингосстрах»

Ростех впервые представил комплекс «Паутина» для защиты от дронов промышленных объектов
Госкорпорация Ростех

Ростех и Минобрнауки развивают производственную аспирантуру как самостоятельный институт ученых-практиков
Госкорпорация Ростех

Пассажиропоток аэропорта Братск вырос на 8%
Аэропорт Братск

Международный аэропорт Владивосток увеличил пассажиропоток по итогам первого полугодия на 10%
АО "Международный аэропорт Владивосток"

90% навигации – на китайском: в аэровокзале «Южно-Сахалинск» завершается перевод информационных аншлагов и табличек
АО «Аэровокзал Южно-Сахалинск»

Chengdu Airlines открыла программу полетов из международного аэропорта Хабаровск
АО "Хабаровский аэропорт"

Аэрофлот увеличивает частоту рейсов между Краснодаром и Стамбулом
ПАО "Аэрофлот"

Двигатели ОДК обеспечили доставку международного экипажа 75-й длительной экспедиции на МКС
АО "ОДК"