При помощи метода саморазмножающегося высокотемпературного синтеза ученым удалось получить новый материал на основе карбонитрида гафния (HfC0.5N0.35), значения параметров которого очень близки к теоретическим пределам. Твердость этого материала составляет 21.3 ГПа и он может выдерживать температуры, превышающие 4 тысяч градусов Цельсия. Отметим, что по всем ключевым параметрам новый материал превосходит ближайших перспективных конкурентов, таких, как ZrB2/SiC (твердость 20.9 ГПа) и HfB2/SiC/TaSi2 (твердость 18.1 ГПа).
Результаты теоретических исследований, проведенных в свое время учеными из университета Брауна, США, показали, что карбонитрид гафния должен иметь высокую теплопроводность, сопротивляемость к окислению, и самую высокую температуру плавления среди всех известных керамических материалов, порядка 4200 градусов по Цельсию.
Ученые из НУСТ «МиСИС», Россия, синтезировали карбонитрид гафния, обрабатывая в течение 5 минут смесь порошка гафния и углерода в шаровой мельнице. Все это проводилось в среде азотной атмосферы, в которой сгорали частички образовавшегося соединения углерода и гафния, карбида гафния. Получившийся в результате порошок HfC0.5N0.35 имел консистенцию мелкой поваренной соли, а шаг кристаллической решетки этого материала составил 0.4606 нм.
После этого получившийся порошок был проведен через процедуру спекания в печи при температуре 2 тысячи градусов Цельсия под давлением 50 МПа и после 10 минут такой обработки ученые получили монолитный керамический материал. Плотность этого материала составила 98 процентов от теоретической, твердость по методу Виккерса — 21.3 ГПа и вязкость разрушения — 4.7 МПа*m1/2.
Практически все приведенные здесь величины, кроме плотности, имеют весьма приблизительное значение из-за того, что эти значения сейчас не могут быть измерены с достаточной точностью даже в лабораторных условиях. То же самое касается и температуры плавления материала, которая превышает 4 тысячи градусов, но в скором времени ученые планируют измерить эту температуру при помощи метода высокотемпературной пирометрии и лазерного нагрева. Также ученые планируют изучить более глубоко некоторые механические свойства карбонитрида гафния, которые имеют очень важное значение для перспектив применения этого материала в аэрокосмической отрасли.
Источник:
