Российские учёные создали самый тугоплавкий материал
В 2015 году учёные из Университета Брауна (США) спрогнозировали существование материала с более высокой температурой плавления, чем у всех из известных на сегодня веществ.
Расчёты температуры плавления проводили при помощи моделирования физических процессов на атомарном уровне, согласно законам квантовой механики.
Работу начали с анализа материала HF-Та-C, для которого точка плавления уже определена экспериментально и составляет 3 990 ° C. Расчеты показали, что соединение гафния, углерода и азота будет иметь аналогичную высокую температуру плавления, но меньшую разницу энтропий между твёрдой и жидкой фазой. Согласно исследованию, материал с составом HfN0.38C0.51 должен будет иметь температуру плавления более чем 4400 К.
Данные этих расчетов послужили основой для работы российских ученых. Исследователи из Института структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН и НИТУ «МИСиС» сообщили о создании материала, имеющего рекордно высокую температуру плавления при хороших механических свойствах.
«Для получения нового материала была использована тройная система гафний-углерод-азот. Методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза мы получили вещество карбонитрид гафния — насыщенный азотом карбид гафния», — сообщил автор работы, директор научно-исследовательского центра конструкционных и керамических наноматериалов МИСиС Дмитрий Московских.
Полученный материал имеет состав HfC0.5N0.35., что близко к расчетному в теории составу HfN0.38C0.51 имеющему твердость в 21,3 ГПа, которая не уступает другим новым перспективным материалам, таким как ZrB2/SiC (диборид циркония-карбид кремния) (20,9 ГПа) и HfB2/SiC/TaSi2 (диборид гафния-карбид кремния-диселенид тантала) (18,1 ГПа).
Далее российские учёные сравнили плавкость двух материалов: исходного карбида гафния (температура плавления 3990 °C) и полученного карбонитрида гафния. При помощи аккумулятора и молибденовых электродов был проведен одновременный нагрев двух материалов в глубоком вакууме. В ходе эксперимента карбид гафния оплавился, а карбонитрид остался в твердом виде. Однако как отметили исследователи, точную температуру плавления нового материала выше 4000 °С в настоящее время определить не удалось из-за трудностей воссоздания столь высоких температур в лабораторных условиях. Учёные планируют в будущем провести измерения температуры плавления методом высокотемпературной пирометрии при плавлении лазером или электрическим сопротивлением.
Новый материал планируется использовать в области ракетостроения. При входе в атмосферу поверхность космических аппаратов может разогреваться до 4000 °С. Поэтому для таких аппаратов важно разрабатывать новые термостойкие материалы с высокой температурой плавления.
Исследование опубликовано в журнале Ceramics International.
Другие новости химии:
– Циклоуглерод: 12-я аллотропная модификация углерода
– Химики научились ускорять реакции в 10 000 раз
– Ученые предложили новую идею получения кислорода из углекислого газа
– Ученые предложили революционный метод извлечения воды из гиперсоляных растворов
– Ученые случайно обнаружили одну из самых быстрых реакций