Nagy-Britanniából és Kínából származó tudósok egy új kerámiaanyagot fejlesztettek ki, amely egy nap megvalósíthatja a hiperszonikus légi utazást. A kerámia karbidbevonat ellenáll a magas hőmérsékletnek még ötszörös hangsebességnél is, anélkül hogy az anyagok lebomlanának.
A mérnöki munka nem egyszerűen egy jó ötlet. Sok esetben ez egy hosszú, frusztráló keresési folyamat ahhoz, hogy megtalálják az eszköz felépítéséhez szükséges anyagokat.
A hiperszonikus repülés ötlete már régóta létezik. Viszont olyan repülőgép vagy rakéta építése, amely a Mach 5 (3800 km / h, 6,125 km / h) sebességgel vagy annál nagyobb sebességet tesz lehetővé – New Yorkból Londonba, két órát igényel -, még mindig a kísérleti szakaszban vannak. Ez azért van, mert a levegő hatása a sebességgel 3000°C (5400° F) hőmérsékletet eredményez.
Még ha ez nem is olvasztaná vagy csavarná meg a szárnyszéleket, orrcsúcsokat, turbina pengéket és más összetevőket, akkor az oxidáció és a leválás következtében rövid időn belül okozna komoly károkat. Ez azt eredményezi, hogy a fémek felületi rétegei részben elpárolognak, gyengébbé válnak és hajlamosak a súrlódásra és a kilyukadásra.
Az áttörés
A Manchesteri Egyetem és a Kínai Központi Dél Egyetem csapata az ultra-magas hőmérsékletű kerámia (UHTC) új osztályán dolgozik, amelyek kevésbé érzékenyek az oxidációra és az ablációra, így nagyobb rugalmasságot és hosszabb élettartamot biztosítanak nekik. A kulcs egy olyan új karbid bevonat, amelyet a tudósok 12-szer jobbnak tartanak, mint a jelenlegi UHTC-k, mint a cirkónium-karbid (ZrC).
Az új kerámiát a kínai Közép-Dél-Egyetem Porkohászati Intézete készítette, és Manchesterben értékelték. Ez az úgynevezett reaktív olvadék beszivárgás (RMI) segítségével keletkezik, amely magában foglalja a cirkónium, a bór és a titán elemeinek behatolását egy különféle összetételű szénből álló mátrixba. Normál esetben a magas hőmérséklet a kerámiánál megvédi a védőelemeket, és a felesleges kerámia elbomlik. De az RMI sokkal nehezebbé teszi a kerámiát, és rendkívüli módon ellenáll a felületi degenerációnak a hiperszonikus hőmérsékleten.
A szélsőséges környezetekben használt jelenlegi UHTC-k korlátozottak, és érdemes megvizsgálni az új egyfázisú kerámia potenciálját a csökkent párolgás és a jobb oxidációs ellenállás szempontjából
– mondja Ping Xiao professzor, a Manchester Anyagtudományi professzora.
Továbbá kimutatták, hogy az ilyen kerámiák szénszálerősítésű szén-mátrix kompozitokba való bevezetése hatékony módja lehet a hősokk-rezisztencia javításának.
A kutatást a Nature Communications-ban publikálták.
Forrás: Manchester University
Borítókép: Koncepció a hiperszonikus repülőgépről (Fotó: NASA)
