Ученые из Университета МИСИС представили новые передовые материалы, которые могут найти применение в области матричных ядерных топлив и тепловой защиты космических аппаратов. Речь идет о гафний-циркониевых карбонитридах, отличающихся улучшенной устойчивостью к высокотемпературному окислению. Это свойство напрямую влияет на срок службы материалов и их верхний предел рабочих температур.
Карбиды циркония и гафния рассматриваются как перспективные материалы для высокотемпературных приложений, благодаря своей высокой теплопроводности, ударной вязкости и прочности, а также высокой температуре плавления (более 3500°C). Однако эти соединения обычно обладают недостаточной устойчивостью к окислению при высоких температурах.
Ученые предложили решение этой проблемы, добавляя азот в структуру карбидов. Это привело к повышению окислительной стойкости материалов за счет формирования плотных оксидных слоев при высоких температурах (от 1200°C). Эти слои служат барьером, предотвращая проникновение кислорода и улучшая устойчивость к окислению.
Исследование также показало, что добавление циркония к карбонитриду гафния замедляет процесс окисления в 2 раза. Учитывая улучшенную стойкость к окислению, эти материалы могут быть применены для тепловой защиты ключевых узлов и конструкций космических аппаратов. Результаты исследования опубликованы в журнале Ceramics International.
В будущем планируется дополнительное исследование влияния азота на радиационную стойкость гафний-циркониевых карбидов. При положительных результатах эти материалы могут стать перспективными компонентами ядерного топлива, предоставляя альтернативу карбиду кремния. Эта работа соответствует стратегическому проекту Университета МИСИС "Материалы будущего" в рамках программы "Приоритет-2030" Минобрнауки России.
