Ученые объявили о создании нового материала для теплозащитного экрана

Китайские ученые создали революционный материал, который получил рекордно высокие оценки в испытаниях на прочность и теплоизоляционные свойства. Они говорят, что их пористое керамическое творение открывает двери для широкого применения в области аэрокосмической промышленности, химического машиностроения, передачи и производства энергии.

Ученые уже давно сталкиваются с проблемами разработки прочных и легких материалов с низкой теплопроводностью, что имеет решающее значение, особенно для гиперзвуковых и космических полетов. Керамические материалы многообещающи, поскольку они обладают низкой теплопроводностью, высокими температурами плавления и коррозионной стойкостью.

Но исследовательские проекты на больших глубинах под поверхностью Земли, а также в космическом пространстве сталкиваются с чрезвычайно высокими температурами и давлением. Традиционных керамических материалов в этих случаях недостаточно.

Легкие пористые материалы обеспечивают низкую теплопередачу, но за это желаемое свойство часто приходится платить большей хрупкостью.

В своем докладе «Сверхпрочная и теплоизолирующая пористая керамика с высокой энтропией до 2000 °C» исследователи из Школы материаловедения и инженерии Университета Гуанчжоу заявили: «Крайне важно найти способы одновременного повышения механической прочности и теплоизоляционной способности пористой керамики».

Поэтому они обратились к концепции высокоэнтропийной конструкции, чтобы создать пористый керамический материал, который обеспечивает хороший баланс между прочностью и термостойкостью без обычных недостатков.

Исследователи разработали материал, который соответствует строгим критериям изоляции и веса для аэрокосмических полетов. Их новое керамическое творение, получившее скромное название 9PHEB — пористый высокоэнтропийный диборид с 9 катионами (9-cation porous high-entropy diboride), — обеспечивает «исключительную термическую стабильность» и «сверхвысокую прочность на сжатие», говорят исследователи.

«Высококачественные интерфейсы, характеризующиеся прочным соединением без дефектов или аморфных фаз, могут способствовать быстрой передаче усилия вдоль структурного элемента и ко многим другим элементам через соединения при нагрузке, что приводит к значительному повышению механической прочности», — говорится в отчете.

Аварии в аэрокосмической отрасли, вызванные температурой и нагрузками, на протяжении многих лет попадали в заголовки газет.

Трагедия космического челнока «Челленджер» в 1986 году была связана с резиновыми уплотнительными кольцами, которые образовывали уплотнение между ракетными ускорителями. Теряя гибкость при низких температурах, их можно было использовать только при температуре выше 11 градусов. Однако «Челленджер» был запущен при температуре, опустившейся до нуля. Уплотнительные кольца потеряли эластичность, вышли из строя, произошла утечка взрывоопасных газов, что привело к катастрофическому взрыву, в результате которого погиб весь экипаж.

Вторая катастрофа челнока произошла 17 лет спустя, когда изоляция внешнего бака шаттла «Колумбия» оторвалась и задела плиты теплозащиты, что привело к нарушению внутреннего теплового экрана крыла, что привело к распаду шаттла и гибели всех семи астронавтов на борту.

Исследователи говорят, что их новый материал обещает прогресс в аэрокосмических исследованиях.

«Превосходные механические и теплоизоляционные свойства [9PHEB] делают его привлекательным материалом для надежной теплоизоляции в экстремальных условиях», — пояснили они.

Исследование было опубликовано в журнале Advanced Materials.