Китайски учени обявиха значим научен пробив с потенциал да революционизира високотемпературните технологии в аерокосмическата индустрия. Изследователи от Южнокитайския университет по технологии са разработили нов тип карбидна керамика, способна да издържа температури до 3600°C в окислителна среда — постижение, което значително надхвърля възможностите на съществуващите материали.
Преодоляване на температурна бариера, смятана за непреодолима. Съвременните хиперзвукови апарати — способни да развиват скорости над 5 пъти скоростта на звука — се сблъскват с огромни термични предизвикателства, особено при преминаване през атмосферата. Повечето традиционни материали губят своите механични свойства при температури над 2000°C. Дори най-устойчивите въглеродни композити започват да се окисляват бързо при контакт с въздуха още при около 370°C.
Например, топлинната защита на космическия кораб Starship на SpaceX издържа до около 1370°C, докато металните сплави губят целостта си при 2000°C, а карбон-карбоновите материали са ефективни само в инертна среда до 3000°C. Това поставя сериозни ограничения пред дизайна на нови оръжейни и космически системи, особено при изискването за устойчивост на висока температура и окисление едновременно.
Решението на китайския екип се крие в иновативния подход към материалния дизайн. Проф. Чу Янхуей и неговият екип са използвали принципи на висока ентропия и мултикомпонентна кристална структура, за да създадат устойчив композит, съставен от елементи като хафний, тантал, цирконий и волфрам.Тази комбинация води до формиране на изключително стабилен оксиден слой при висока температура. Благодарение на различната склонност на всяко от тези вещества да се свързва с кислород, и особено на изключителната устойчивост на волфрама, се образува плътен и защитен слой, който не допуска проникването на кислород и по-нататъшна деградация на материала.
Ефективна тестова платформа с лазерно облъчванеТрадиционно, подобни материали се подлагат на скъпи и бавни изпитания в аеродинамични тръби. Китайските учени са разработили лазерна тестова платформа, която за секунди може да нагрее проби до близо 3800°C, а чрез допълнителни оптични и спектроскопски инструменти се измерва устойчивостта им на окисление в реално време.
Предишният опит на екипа от миналата година е дал резултат до 2000°C, но без устойчивост на въздух, ограничавайки приложението на материала само до вътрешна топлоизолация. Новият материал за първи път в света демонстрира стабилна работа при 3600°C на открито, което го прави революционен за индустрията.
Новата карбидна керамика може да се използва директно като външен топлинен щит за хиперзвукови самолети, космически апарати, и ракети. Тя е подходяща и за екстремни условия в ядрена енергетика, защита на оръжейни системи и дори в полупроводниковата индустрия, където може да предпазва чувствителни компоненти от плазмено излъчване по време на литографски процеси. Материалът може да служи както като основа за композитни покрития, така и като самостоятелна защитна обвивка.
Резултатите от изследването са публикувани на 5 юни в престижното научно списание Advanced Materials, което сигнализира за международното признание на иновацията. Според проф. Чу, преодоляването на границата от 3000°C в окислителна среда е исторически момент, който може да отвори нова ера в хиперзвуковата и космическа технология.
