Идея полетов на гиперзвуковых скоростях витает в научном и технологическом мире уже достаточно долго. Но создание летательного аппарата, способного двигаться со скоростью от 5 Махов (6 125 километров в час) или быстрее, требует наличия новых материалов, некоторые из которых находятся еще на стадии разработки.
К таким материалам можно смело отнести защитное покрытие аппаратов, материал, который без разрушения и деградации должен выдерживать длительный нагрев до температуры в 3 тысячи градусов Цельсия, возникающий из-за трения об воздух.
И даже если высокая температура не расплавит или деформирует края плоскостей, носовой обтекатель, лопасти турбин и другие элементы конструкции гиперзвукового летательного аппарата, это заставит материал, из которого изготовлены элементы, стать более тонким и хрупким, подверженным точечной коррозии из-за его интенсивного окисления при высокой температуре.
Группа исследователей из Манчестерского университета, Великобритания, и Центрального Южного университета, Китай, уже достаточно давно работала над поисками новых типов высокотемпературной керамики, не поддающейся окислению при высокой температуре, обладающей высокой прочностью и некоторой упругостью.
Длительные поиски такой керамики дали результат – новый вид карбидного покрытия, которое, согласно результатам проведенных испытаний, в 12 раз по всем основным параметрам превосходит все виды известной высокотемпературной керамики, такой, как карбид циркония (ZrC).
Образцы новой керамики были изготовлены в Институте порошковой металлургии Центрального Южного университета, а дополнительная обработка и испытания этих образцов были проведены в лабораториях Манчестерского университета.
Дополнительная обработка проводились при помощи установки Reactive Melt Infiltration (RMI), которая бомбардирует образцы материала разогретым до высокой температуры потоком ионов циркония, бора, титана и других элементов.
Обычно воздействие высокой температуры “изгоняет” из состава керамики те элементы, которые придают ей высокие защитные свойства, что создает предпосылки для ее деградации.
Обработка керамики на установке RMI позволила “насытить” ее дополнительными элементами, что сделало ее несколько тяжелее и более устойчивой к воздействию высоких температур.
“Найденная нами высокотемпературная керамика еще не дотягивает до идеала, она еще не выдерживает длительного пребывания в чрезвычайных условиях и дорога в производстве сама по себе.
Тем не менее, все это является демонстрацией потенциала нового типа керамики с точки зрения уменьшения ее испарения и повышенной сопротивляемости окислению при высокой температуре” – рассказывает Пинг Ксиэо (Ping Xiao), профессор материаловедения Манчестерского университета.
Помимо этого мы показали, что внедрение в состав керамики каркаса из углеродистых волокон является эффективным способом улучшения сопротивляемости материала разрушению от теплового воздействия”.