Científicos de la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología MISiS, la principal universidad tecnológica de fabricación de acero y metalurgia de Rusia, desarrollaron un material cerámico con el punto de fusión más alto entre los compuestos conocidos existentes.
El material tiene una combinación excepcional de propiedades térmicas, físicas y mecánicas. Estas propiedades brindan un gran potencial para su uso en los componentes más calentados de las aeronaves, incluidos los motores a reacción, los carenados de morro y los bordes delanteros de las alas que funcionan a más de 2000 °C.
El material será particularmente útil para agencias espaciales como la NASA y la ESA, que están construyendo activamente aviones espaciales reutilizables. Algunos de los beneficios de las naves espaciales reutilizables incluyen el costo de llevar personas y carga a la órbita, que se reduce considerablemente, y también se reducen los intervalos de tiempo entre vuelos.
Dmitry Moskovskikh, jefe del Centro de Materiales Cerámicos de Construcción de NUST MISIS, dijo:
Actualmente, se han logrado resultados significativos en el desarrollo de tales dispositivos. Por ejemplo, la reducción del radio de redondeo de los bordes delanteros afilados de las alas a unos pocos centímetros conduce a un aumento significativo de la sustentación y la maniobrabilidad, además de reducir la resistencia aerodinámica. Sin embargo, al salir de la atmósfera y volver a entrar en ella, en la superficie de las alas del avión espacial, se pueden observar temperaturas de unos 2000 grados C, alcanzando los 4000 grados C en el mismo borde. Por lo tanto, cuando se trata de aeronaves de este tipo, existe una pregunta asociada con la creación y el desarrollo de nuevos materiales que puedan funcionar a temperaturas tan altas.
Los científicos se propusieron desarrollar un material que tuviera altas propiedades mecánicas y el punto de fusión más alto jamás visto. Decidieron trabajar con un sistema triple de hafnio-carbono-nitrógeno, carbonitruro de hafnio (Hf-CN). Investigadores de la Universidad de Brown sugirieron previamente que Hf-CN tendría resistencia a la oxidación, alta conductividad térmica y el punto de fusión más alto (alrededor de 4200°C) entre todos los compuestos conocidos.
Crédito: NUST MISIS
Los científicos de NUST MISIS utilizaron un método de síntesis autopropagante a alta temperatura para obtener HfC0.5N0.35 (carbonitruro de hafnio) con una dureza elevada de 21,3 GPa, superior a la de otros materiales, como HfB2/SiC/TaSi2 (18,1 GPa ) y ZrB2/SiC (20,9 GPa).
Veronika Buinevich, estudiante de posgrado en NUST MISIS, explicó:
Es difícil medir el punto de fusión de un material cuando supera los 4000 grados ?. Por lo tanto, decidimos comparar las temperaturas de fusión del compuesto sintetizado y el campeón original, el carburo de hafnio. Para ello, colocamos muestras comprimidas de HFC y HfCN en una placa de grafito con forma de mancuerna y cubrimos la parte superior con una placa similar para evitar la pérdida de calor.
Todos los experimentos se realizaron en un vacío profundo. El equipo conectó las placas a una batería a través de electrodos de molibdeno y, dado que la sección transversal de las placas de grafito difiere, la temperatura máxima se captó en la parte más estrecha. Luego, calentaron simultáneamente el nuevo material, carburo de hafnio y carbonitruro. Los resultados, publicados en Ceramics International, mostraron que el carbonitruro tiene un punto de fusión más alto que el carburo de hafnio.
El punto de fusión del nuevo material cerámico es de aproximadamente 4000 °C o más, aunque no se pudo determinar con precisión en el laboratorio.
El equipo del Centro NUST MISIS para Materiales Cerámicos de Construcción. Crédito: Sergey Gnuskov/NUST MISIS
¿Cuál es el material más resistente al calor del mundo?
Los investigadores han descubierto que los materiales de carburo de tantalio y carburo de hafnio pueden soportar temperaturas abrasadoras de casi 4000 grados centígrados.
¿Qué material es a prueba de calor?
Tipos de telas resistentes al calor
Los revestimientos típicos incluyen neopreno, silicona, cerámica y refractario. Estos recubrimientos son populares ya que también se proporcionan propiedades de resistencia adicionales, incluida la resistencia a la abrasión, a los productos químicos y a los rayos UV. También son extremadamente duraderos, lo que permite su uso en entornos extremos.
¿Qué es un material fuerte resistente al calor?
Los principales grupos de aleaciones resistentes al calor son las aleaciones austeníticas con alto contenido de cromo y níquel, también conocidas como acero inoxidable resistente al calor, aleaciones a base de níquel, aleaciones a base de cobalto, cromo y níquel y aleaciones de molibdeno y titanio.
¿Qué material puede soportar 2000 grados?
Las cerámicas de ultra alta temperatura (UHTC), creadas en el Laboratorio de Materiales Avanzados de Sandia, pueden soportar hasta 2000 grados C (alrededor de 3800 grados F). Ron Loehman, científico senior de Ceramic Materials de Sandia, dijo que los resultados de los primeros siete meses del proyecto han superado sus expectativas.