قام مجموعة من العلماء من NUST MISIS بتطوير مادة سيراميك ذات أعلى نقطة انصهار بين المركبات المعروفة حاليًا.نظرًا للمزيج الفريد من الخصائص الفيزيائية والميكانيكية والحرارية، تعد المادة واعدة للاستخدام في مكونات الطائرات الأكثر تحملاً للحرارة، مثل انسيابية الأنف والمحركات النفاثة والحواف الأمامية الحادة للأجنحة التي تعمل عند درجات حرارة أعلى من 2000 درجة مئوية. يتم نشر النتائج في مجلة السيراميك الدولية.

العديد من وكالات الفضاء الرائدة (ناسا، وكالة الفضاء الأوروبية، وكذلك وكالات اليابان،الصينوالهند) تعمل بنشاط على تطوير طائرات فضائية قابلة لإعادة الاستخدام، مما سيقلل بشكل كبير من تكلفة إيصال الأشخاص والبضائع إلى المدار، فضلاً عن تقليل الفواصل الزمنية بين الرحلات الجوية.

"في الوقت الحالي، تم تحقيق نتائج مهمة في تطوير مثل هذه الأجهزة.على سبيل المثال، يؤدي تقليل نصف القطر الدائري للحواف الأمامية الحادة للأجنحة إلى بضعة سنتيمترات إلى زيادة كبيرة في الرفع والقدرة على المناورة، فضلاً عن تقليل السحب الديناميكي الهوائي.ومع ذلك، عند الخروج من الغلاف الجوي والدخول إليه مرة أخرى، على سطح أجنحة الطائرة الفضائية، يمكن ملاحظة درجات حرارة تبلغ حوالي 2000 درجة مئوية، وتصل إلى 4000 درجة مئوية عند الحافة ذاتها.يقول ديمتري موسكوفسكيخ، رئيس مركز NUST MISIS للمواد الخزفية الإنشائية: "عندما يتعلق الأمر بمثل هذه الطائرات، هناك سؤال يتعلق بإنشاء وتطوير مواد جديدة يمكنها العمل في درجات حرارة عالية كهذه".

خلال التطورات الأخيرة، كان هدف العلماء هو إنشاء مادة ذات أعلى نقطة انصهار وخواص ميكانيكية عالية.تم اختيار نظام الهافنيوم-كربون-النيتروجين الثلاثي، كربونيتريد الهافنيوم (Hf-CN)، حيث توقع علماء من جامعة براون (الولايات المتحدة) سابقًا أن كربونيتريد الهافنيوم سيكون له موصلية حرارية عالية ومقاومة للأكسدة، فضلاً عن أعلى درجة انصهار. نقطة بين جميع المركبات المعروفة (حوالي 4200 درجة مئوية).

باستخدام طريقة التوليف الذاتي لدرجات الحرارة العالية، حصل علماء NUSTMISIS على HfC0.5N0.35، (كربونيتريد الهافنيوم) قريب من التركيب النظري، مع صلابة عالية تبلغ 21.3 GPa، وهي أعلى حتى من المواد الواعدة الجديدة. مثل ZrB2/SiC (20.9 جيجا باسكال) وHfB2/SiC/TaSi2 (18.1 جيجا باسكال).

"من الصعب قياس درجة انصهار المادة عندما تتجاوز 4000 درجة مئوية.ولذلك، قررنا مقارنة درجات حرارة انصهار المركب المصنّع والبطل الأصلي، كربيد الهافنيوم.وللقيام بذلك، وضعنا عينات مضغوطة من مركبات الكربون الهيدروفلورية وHfCN على لوحة من الجرافيت على شكل الدمبل، وقمنا بتغطية الجزء العلوي بلوحة مماثلة لتجنب فقدان الحرارة،" تقول فيرونيكا بوينيفيتش، طالبة الدراسات العليا في جامعة NUST MISIS.

بعد ذلك، قاموا بتوصيله بالبطارية باستخدامأقطاب الموليبدينوم.تم إجراء جميع الاختبارات في العمقمكنسة.وبما أن المقطع العرضي لألواح الجرافيت يختلف، فقد تم الوصول إلى درجة الحرارة القصوى في أضيق جزء.أظهرت نتائج التسخين المتزامن للمادة الجديدة وهي نيتريد الكربون وكربيد الهافنيوم أن نقطة انصهار الكربونيتريد أعلى من كربيد الهافنيوم.

ومع ذلك، في الوقت الحالي، تزيد درجة الانصهار المحددة للمادة الجديدة عن 4000 درجة مئوية، ولا يمكن تحديدها بدقة في المختبر.ويخطط الفريق في المستقبل لإجراء تجارب على قياس درجة حرارة الانصهار عن طريق قياس الحرارة المرتفعة باستخدام الليزر أو المقاومة الكهربائية.ويخططون أيضًا لدراسة أداء كربونيتريد الهافنيوم الناتج في الظروف التي تفوق سرعتها سرعة الصوت، والتي ستكون ذات صلة لمزيد من التطبيق في صناعة الطيران.