मिसाइलों और विमानों के लिए नई पृथक्करण सुरक्षा 3000 ° C पर भी वाष्पित नहीं होती है

भविष्य के अल्ट्रासोनिक हवाई जहाज ट्रांसकॉन्टिनेंटल उड़ानों के समय को काफी कम कर सकते हैं: मॉस्को से न्यूयॉर्क तक यह तीन घंटे में उड़ना संभव होगा, लेकिन उनके विकास में सबसे महत्वपूर्ण समस्याओं में से एक है महत्वपूर्ण घटक जैसे विंग पैर की अंगुली (अग्रणी बढ़त) और सिर फेयरिंग (नाक की नाक) ) और जेट इंजनों के दहन कक्ष। 5 या अधिक मैक्स की गति पर, वे शक्तिशाली ऑक्सीकरण और चरम तापमान से गुजरते हैं, जो 2000-3000 ° C तक पहुंच जाते हैं (मच संख्या ध्वनि की गति से मेल खाती है: उदाहरण के लिए, 11 किमी की ऊंचाई पर यह 295 मीटर / 1062 किमी / घंटा है)।

हाल के वर्षों में, सिरेमिक कोटिंग्स के निर्माण पर सक्रिय काम हुआ है, लेकिन उनमें से सबसे अच्छा केवल 1200-1500 डिग्री सेल्सियस के अपेक्षाकृत कम तापमान का सामना करने में सक्षम रहा है, जिसके बाद कुछ तत्वों को पृथक करने के परिणामस्वरूप कोटिंग सामग्री से वाष्पित हो गया, अर्थात, कोटिंग संरचना का उल्लंघन किया गया था। अब यूनिवर्सिटी ऑफ मैनचेस्टर (ग्रेट ब्रिटेन) और सेंट्रल सदर्न यूनिवर्सिटी (चीन) के रॉयस इंस्टीट्यूट के वैज्ञानिकों के एक समूह ने बेहतर विशेषताओं के साथ एक नई सामग्री विकसित की है जो संरचनात्मक परिवर्तनों के बिना 3000 डिग्री सेल्सियस तक तापमान का सामना कर सकती है। यह एक सिरेमिक कोटिंग Zr _0.8 Ti _0.2 C _0.74 B _{0.26 है} , जो प्रतिक्रियाशील पिघल घुसपैठ और सीमेंटेशन का उपयोग करके कार्बन-कार्बन मिश्रित C ​​/ C के मैट्रिक्स पर लागू होता है।

इसकी विशेषताओं में, नई कोटिंग अतीत के नमूनों का उल्लेख नहीं करने के लिए सबसे अच्छा उच्च तापमान सिरेमिक (अल्ट्रा-उच्च तापमान सिरेमिक, यूएचटीसी) को पार करती है। उदाहरण के लिए, बुरान एयरफ्रेम की सतह के निचले और पार्श्व हिस्सों को सिरेमिक टाइलें TZMK-10 और TZMK-25 के साथ 1250 ° C तक के ऑपरेटिंग तापमान के साथ कवर किया गया था। अमेरिकी समकक्ष ली -900 और ली -2200 में लगभग समान विशेषताएं थीं। कार्बन-कार्बन कम्पोजिट 3000 ° C पर Zr _0.8 Ti _0.2 C _0.74 B _0.26 का सिरेमिक कोटिंग। यह ज़िरकोनियम कार्बाइड (ZrC) से बेहतर परिमाण का एक क्रम है, जो आज पारंपरिक रूप से कोटिंग काटने के उपकरण के लिए उपयोग किया जाता है।

उदाहरण के लिए, नीचे दिया गया ग्राफ़ उद्योग, विमानन और अंतरिक्ष यात्रियों के लिए उपयोग किए जाने वाले विभिन्न गर्मी प्रतिरोधी सामग्रियों के पृथक्करण प्रतिरोध (MAR और LAR) को दर्शाता है। एसिटिलीन-ऑक्सीजन काटने के लिए मशीन में परीक्षण किए गए। जैसा कि आप देख सकते हैं, Zr _0.8 Ti _0.2 C _0.74 B _0.26 (हरे रंग के क्षेत्र में गोल निशान) नाटकीय रूप से अलग-अलग अवधि के परीक्षणों में और विभिन्न तापमानों में अन्य सभी सामग्रियों को पार करता है। मार्च का अर्थ है द्रव्यमान का अपवर्तन दर, यानी कोटिंग सामग्री के वाष्पीकरण की दर। LAR (लीनियर एब्लेशन रेट) का मतलब है लीनियर एब्लेशन रेट और मटेरियल की स्थानिक स्थिरता से मेल खाती है। उदाहरण के लिए, 2500 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर ZrC प्रति वर्ग सेंटीमीटर प्रति सेकंड 1.10 मिलीग्राम और प्रति लीटर Zr _0.8 तिवारी _0.2 C _0.74 B _0.26 - केवल 0.14 मिलीग्राम खो देता है।



2000-2500 डिग्री सेल्सियस पर अन्य परीक्षणों में, सामग्री लगभग शून्य वजन घटाने या वजन बढ़ने (ऑक्सीकरण के कारण) से पता चलता है, जिसका मतलब है कि एक गर्म गैस प्रवाह में उत्कृष्ट गर्मी प्रतिरोध और नगण्य पृथक्करण।

तस्वीरें परीक्षण से पहले सामग्री की गहरी ग्रे सतह को दिखाती हैं, साथ ही 2000 डिग्री सेल्सियस और 2500 डिग्री सेल्सियस पर दो मिनट के परीक्षण के बाद सतह। सही नमूने के केंद्र में वह क्षेत्र होता है जहाँ लौ का तापमान 3000 ° C तक पहुँच जाता है। कम पिघलने बिंदु के साथ आक्साइड के वाष्पीकरण के कारण 72 माइक्रोन से कम के उभार और उभार के निशान हैं, लेकिन अपस्फीति के कारण सतह पर कोई गुहा और गड्ढे नहीं हैं।



सामग्री ब्रिटेन में विकसित की गई थी, और चीन के केंद्रीय दक्षिण विश्वविद्यालय के पाउडर धातुकर्म संस्थान में निर्मित की गई थी। शोधकर्ताओं ने जोर दिया कि प्रतिक्रियाशील पिघल घुसपैठ के साथ तकनीकी प्रक्रिया का उपयोग विनिर्माण के लिए आवश्यक समय को कम कर देता है। दूसरा महत्वपूर्ण नवाचार मैट्रिक्स के लिए एक कार्बन-कार्बन कंपोजिट का अनुप्रयोग है, जिसने सिरेमिक की गर्मी प्रतिरोध में काफी वृद्धि की है।

अपने आप में गर्मी प्रतिरोधी सिरेमिक की रासायनिक संरचना एक सुरक्षात्मक तंत्र की भूमिका निभाती है। 2000 ° C के तापमान पर, Zr _0.8 Ti _0.2 C _0.74 B _0.26 और SiC सामग्री क्रमशः ऑक्सीकृत और Zr _0.80 T _0.20 O ₂ , B ₂ O ₃ और SiO _{2 में} परिवर्तित हो जाती है। Zr _0.80 Ti _0.20 O ₂ आंशिक रूप से पिघलता है और एक अपेक्षाकृत घने परत बनाता है, और निम्न गलनांक SiO ₂ और B ₂ O ₃ के साथ "निकासी चैनलों" के माध्यम से वाष्पित हो जाता है, छेद (चित्रण नीचे देखें)। 2500 डिग्री सेल्सियस के उच्च तापमान पर, Zr _0.80 Ti _0.20 O ₂ क्रिस्टल बड़े संरचनाओं में पिघलते हैं, समापन छेद (नीचे चित्रा बी )। 3000 ° C के तापमान पर, लगभग पूरी तरह से घनी बाहरी परत बनती है, जिसमें मुख्य रूप से Zr _0.80 Ti _0.20 O ₂ , zirconium titanate और SiO ₂ (चित्र c , e नीचे) होता है।



नई पृथक्करण सुरक्षा न केवल सुपरसोनिक सैन्य और नागरिक विमानों में आवेदन पा सकती है, बल्कि अंतरिक्ष यान में, अंतरिक्ष मॉड्यूल, रॉकेट, रॉकेट, विमान इंजन आदि को भी वापस ला सकती है, इसका उपयोग ड्रिल, मिलों में काम की सतहों को कवर करने के लिए किया जा सकता है। अन्य उपकरण जो उच्च तापमान के संपर्क में हैं - उत्पाद की ताकत और स्थायित्व के लिए।


3,000 लीटर तक के वातावरण को ऑक्सीकरण करने वाले वैज्ञानिक लेख "एब्लेशन-रेसिस्टेंट कार्बाइड Zr _0.8 Ti _0.2 C _0.74 B _0.26 " को 14 जून, 2017 को नेचर कम्युनिकेशंस (doi: 10.1038 / ncomms153636) में प्रकाशित किया गया था।