Bạn có biết về vật liệu chịu nhiệt tốt nhất thế giới

Kỷ lục mới về vật liệu chịu nhiệt tốt nhất thế giới

Nhóm nghiên cứu từ Đại học Hoàng gia London đã phát hiện ra rằng điểm nóng chảy của cacbua tantali và cacbua hafnium là cao nhất từng được ghi nhận đối với một vật liệu. 

Việc có thể chịu được nhiệt độ gần 4000 ° C có thể mở đường cho cả hai vật liệu này được sử dụng trong những môi trường khắc nghiệt hơn bao giờ hết, chẳng hạn như trong tấm chắn chống nhiệt cho thế hệ tiếp theo của phương tiện không gian siêu thanh .

Khám phá về vật liệu chịu nhiệt mở đường cho các loại tấm chắn nhiệt mới Hình ảnh: NASA

Tantali cacbua (TaC) và hafni cacbua (HfC) là gốm chịu lửa, có nghĩa là chúng có khả năng chịu nhiệt cực kỳ cao. Khả năng chịu được môi trường cực kỳ khắc nghiệt của chúng có thể được sử dụng trong các hệ thống bảo vệ nhiệt trên các phương tiện tốc độ cao và làm lớp phủ nhiên liệu trong môi trường siêu nóng của lò phản ứng hạt nhân. 

Tuy nhiên, vẫn chưa có công nghệ nào có sẵn để kiểm tra điểm nóng chảy của TaC và HfC trong phòng thí nghiệm để xác định xem chúng có thể hoạt động trong môi trường thực sự khắc nghiệt như thế nào.

Các nhà nghiên cứu của nghiên cứu được công bố trên tạp chí Scientific Reports , đã phát triển một kỹ thuật gia nhiệt cực mới sử dụng tia laser để kiểm tra khả năng chịu nhiệt của TaC và HfC. Họ đã sử dụng kỹ thuật đốt nóng bằng tia laze để tìm ra điểm mà TaC và HfC tan chảy, cả hai đều riêng biệt và thành phần là hỗn hợp của cả hai.

Họ phát hiện ra rằng hợp chất hỗn hợp (Ta0,8Hf0,20C) phù hợp với nghiên cứu trước đó, nóng chảy ở 3905 ° C, nhưng riêng hai hợp chất này đã vượt quá điểm nóng chảy được ghi lại trước đó. Hợp chất TaC nóng chảy ở 3768 ° C và HfC nóng chảy ở 3958 ° C.

Ứng dụng tuyệt vời của 2 vật liệu chịu nhiệt được phát hiện

Các nhà nghiên cứu cho biết phát hiện mới về hai vật liệu chịu nhiệt được phát hiện có thể mở đường cho thế hệ phương tiện siêu thanh tiếp theo, có nghĩa là tàu vũ trụ có thể trở nên nhanh hơn bao giờ hết.

Tiến sĩ Omar Cedillos-Barraza, người hiện là Phó Giáo sư tại Đại học Texas – El Paso đã thực hiện nghiên cứu khi đang làm Tiến sĩ tại Khoa Vật liệu của Imperial cho biết: “Ma sát liên quan khi di chuyển trên Mach 5 – tốc độ siêu âm tạo ra nhiệt độ rất cao. Cho đến nay, TaC và HfC không phải là ứng cử viên tiềm năng cho máy bay siêu thanh, nhưng những phát hiện mới của chúng tôi cho thấy chúng có thể chịu được nhiệt nhiều hơn chúng ta nghĩ trước đây – nhiều hơn bất kỳ hợp chất nào khác mà con người biết đến. Điều này có nghĩa là chúng có thể là vật liệu hữu ích cho các loại tàu vũ trụ mới có thể bay xuyên qua bầu khí quyển như máy bay, trước khi đạt tốc độ siêu âm để bắn ra ngoài không gian. Những vật liệu này có thể cho phép tàu vũ trụ chịu được nhiệt độ cực cao sinh ra từ việc rời và đi vào lại bầu khí quyển ”.

Ví dụ về các ứng dụng tiềm năng cho TaC và HfC có thể là ở mũi của tàu vũ trụ và như các cạnh của các dụng cụ bên ngoài phải chịu nhiều ma sát nhất trong quá trình bay.

Bột Tantali cacbua (TaC)

Tiến sĩ Cedillos-Barraza cũng cho biết: “Các thử nghiệm của chúng tôi chứng minh rằng những vật liệu này cho thấy những hứa hẹn thực sự trong việc chế tạo các phương tiện vũ trụ của tương lai. Có thể chịu được nhiệt độ khắc nghiệt như vậy có nghĩa là một ngày nào đó các sứ mệnh liên quan đến tàu vũ trụ siêu thanh có thể là sứ mệnh có người lái. Ví dụ, một chuyến bay từ London đến Sydney có thể mất khoảng 50 phút với vận tốc Mach 5, điều này có thể mở ra một thế giới cơ hội thương mại mới cho các quốc gia trên thế giới ”.

Đối với tất cả mọi người đều nghĩ rằng thứ này sẽ làm vật liệu xây dựng thì tuyệt vời nhưng thật ra chúng ta đang phải tốn hàng nghìn đô la để sản xuất ra nhiều mảnh nhỏ của vật liệu chịu nhiệt này. Trừ khi hai vật liệu này có thể được sản xuất hàng loạt với giá rẻ nhưng điều này là rất khó xảy ra bởi hiện tại còn rất khó để làm đủ cho tấm chắn hình nón mũi tàu vũ trụ nữa.