Uno de los principales problemas que se presentaron cuando el hombre se planteó la conquista del espacio son las altas temperaturas a las que las naves tenían que someterse al salir de la atmósfera. Cuando además las sondas tenían que transportar personas y, además, devolverlas sanas y salvas a la Tierra (lo que implicaba la reentrada en la atmósfera), la cosa se complicó aún más.
Y a medida que la ciencia y los viajes espaciales se vuelven más y más ambiciosos, la tecnología se tiene que enfrentar a temperaturas extremas, con diferencias de miles de grados centígrados. De ahí la importancia del nuevo avence creado por un un grupo de científicos de la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología MISIS (Rusia), quienes han hallado la forma de construir el material más resistente al calor jamás creado por el hombre.
Material cerámico que soporta altas temperaturas
Se trata, concretamente, de un material cerámico con el punto de fusión más alto entre los compuestos conocidos actualmente. Debido a la combinación única de propiedades físicas, mecánicas y térmicas, el material es prometedor para su uso no solo en las naves espaciales, sino también en aviones. Los resultados se publican en Ceramics International.
Muchas agencias espaciales líderes como la NASA, ESA o Jaxa están desarrollando activamente aviones espaciales reutilizables -como el prototipo secreto del Gobierno estadounidense X-37B-, lo que reducirá significativamente el coste de llevar personas y carga a órbita, así como también reducirá los intervalos de tiempo entre vuelos. Sin embargo, es necesario encontrar un material que soporte varios de estos viajes, retrasando su degradación lo máximo posible.
«En la actualidad, se han logrado resultados significativos, pero salir de la atmósfera y volver a entrar puede suponer que para la superficie de las alas de un avión espacial se incremente la temperatura hasta los 2.000 grados C, llegando a 4.000 grados C en algunas zonas», afirma Dmitry Moskovskikh, jefe del Centro NUST MISIS para Materiales Cerámicos de Construcción, en un comunicado.
Durante desarrollos recientes, el objetivo de los científicos era crear un material con el punto de fusión más alto -paso de estado ólido a líquido- y altas propiedades mecánicas.
Se eligió el sistema triple de hafnio-carbono-nitrógeno, el carbonitruro de hafnio (Hf-CN), ya que un estudio previo de la Universidad de Brown (EE. UU.) indicaba que el carbonitruro de hafnio tendría una alta conductividad térmica y resistencia a la oxidación, así como un punto de fusión más alto de entre todos los compuestos conocidos (aproximadamente 4.200 grados C). Así consiguieron un material que se acercaba al ideal de este compuesto teórico.
Punto de fusión
«Es difícil medir el punto de fusión de un material cuando excede los 4.000 grados С. Por lo tanto, decidimos comparar las temperaturas de fusión del compuesto sintetizado con el carburo de hafnio. Para hacer esto, colocamos muestras comprimidas de HFC y HfCN en un placa de grafito con forma de pesa, y cubrió la parte superior con una placa similar para evitar la pérdida de calor», explica Veronika Buinevich, estudiante de postgrado de NUST MISIS.
Luego, lo conectaron a una batería usando unos electrodos de molibdeno en condiciones de vacío profundo. Las pruebas mostraron que el nuevo compuesto resistía mejor el calor y tenía un punto de fusión más alto que el teórico con el que se había comparado. Es más, es tan alto que no se pudo determinar con precisión en el laboratorio porque a partir de temperaturas de 4.000 grados es difícil recrear los experimentos.
En el futuro, el equipo planea realizar experimentos para medir la temperatura de fusión mediante pirometría de alta temperatura utilizando un láser o resistencia eléctrica. También planean estudiar el rendimiento del carbonitruro de hafnio resultante en condiciones hipersónicas, lo que será relevante para su posterior aplicación en la industria aeroespacial.
Fuente: ABC,
Artículo de referencia: https://www.abc.es/ciencia/abci-desarollan-material-mas-resistente-calor-jamas-creado-202005292008_noticia.html,
