Материаловеды Национального исследовательского технологического университета МИСиС создали самый огнеупорный в мире керамический материал карбонитрид гафния, способный выдержать температуру 4200 °C. Об этом сообщается в журнале Ceramics International.
До настоящего времени карбид тантала-гафния с температурой плавления 3990 °C считался самым огнеупорным соединением, созданным человеком. На идею создания более тугоплавкого вещества материаловедов МИСиС натолкнуло исследование американских коллег 2015 года, в котором с помощью компьютерного моделирования были предсказаны исключительные температурные свойства и высокая твёрдость композитного соединения гафния, углерода и азота. По расчётам исследователей из США, это вещество должно выдерживать примерно 4200 °C, отличаться высокой теплопроводностью и стойкостью к окислению.
«Для получения нового материала была использована тройная система гафний-углерод-азот. Методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза мы получили вещество карбонитрид гафния — насыщенный азотом карбид гафния», — сообщил в беседе с RT автор работы, директор научно-исследовательского центра конструкционных и керамических наноматериалов МИСиС Дмитрий Московских.
Далее учёные сравнили плавкость двух материалов: исходного карбида гафния (плавится при 3990 °C) и полученного карбонитрида гафния. С помощью аккумулятора и молибденовых электродов они провели в глубоком вакууме одновременный нагрев двух материалов. В результате карбид оплавился, а карбонитрид остался в неизменном виде. Однако на данный момент, отмечают учёные, конкретную температуру плавления нового материала выше 4000 °С им определить не удалось.
Чтобы подтвердить все свойства нового материала, предсказанные компьютерным моделированием, учёным необходимо провести дополнительные эксперименты. Для этого, по словам Дмитрия Московских, было заключено соглашение с Объединённым институтом высоких температур РАН о проведении пирометрического анализа, который был отложен из-за пандемии COVID-19.
После снятия ограничений намечено проведение исследования, во время которого карбонитрид гафния будет расплавлен лазером с одновременным измерением теплофизических свойств, включая температуру плавления.
По мнению учёных, разработка подобных высокотемпературных материалов будет востребована при создании авиационной, ракетно-космической и специальной военной техники. На гиперзвуковой скорости и при прохождении через атмосферу Земли двигатели, крылья и носовые обтекатели летательных аппаратов работают при температурах выше 2000 °С и должны быть защищены от воздействия внешней среды. В таких аппаратах применяется керамическая теплозащита с использованием наиболее прочных и тугоплавких композитных материалов.
В дальнейшем для проверки возможности применения карбонитрида гафния в аэрокосмической промышленности запланировано гиперзвуковое исследование для изучения абляции — испарения внешних слоёв материала.