Nuovo record stabilito per il materiale più resistente al calore al mondo

Jul 11, 2023

La scoperta apre la strada a nuovi tipi di scudi termici (immagine: NASA)

I ricercatori hanno scoperto che i materiali in carburo di tantalio e carburo di afnio possono resistere a temperature torride di quasi 4000 gradi Celsius.

– Dottor Omar Cedillos-Barraza

In particolare, il team dell'Imperial College di Londra ha scoperto che il punto di fusione del carburo di afnio è il più alto mai registrato per un materiale. La capacità di resistere a temperature di quasi 4.000°C potrebbe aprire la strada all’utilizzo di entrambi i materiali in ambienti sempre più estremi, come nella schermatura resistente al calore per la prossima generazione di veicoli spaziali ipersonici.

Il carburo di tantalio (TaC) e il carburo di afnio (HfC) sono ceramiche refrattarie, il che significa che sono straordinariamente resistenti al calore. La loro capacità di resistere ad ambienti estremamente difficili significa che le ceramiche refrattarie potrebbero essere utilizzate nei sistemi di protezione termica sui veicoli ad alta velocità e come rivestimento del combustibile negli ambienti surriscaldati dei reattori nucleari. Tuttavia, non c’era la tecnologia disponibile per testare il punto di fusione di TaC e HfC in laboratorio per determinare in quale ambiente veramente estremo potrebbero funzionare.

I ricercatori dello studio, pubblicato sulla rivista Scientific Reports, hanno sviluppato una nuova tecnica di riscaldamento estremo utilizzando i laser per testare la tolleranza al calore di TaC e HfC. Hanno utilizzato le tecniche di riscaldamento laser per trovare il punto in cui TaC e HfC si sono fusi, sia separatamente che come composizioni miste di entrambi.

Hanno scoperto che il composto misto (Ta0,8Hf0,20C) era coerente con la ricerca precedente, fondendo a 3905°C, ma i due composti da soli superavano i punti di fusione precedentemente registrati. Il composto TaC fuso a 3768°C e HfC fuso a 3958°C.

I ricercatori affermano che le nuove scoperte potrebbero aprire la strada alla prossima generazione di veicoli ipersonici, il che significa che i veicoli spaziali potrebbero diventare più veloci che mai.

Il dottor Omar Cedillos-Barraza, che attualmente è professore associato presso l'Università del Texas - El Paso, ha condotto lo studio mentre faceva il suo dottorato di ricerca presso il Dipartimento di Materiali dell'Imperial.

Il dottor Cedillos-Barraza ha dichiarato: “L’attrito coinvolto quando si viaggia sopra Mach 5 – velocità ipersoniche – crea temperature molto elevate. Finora, TaC e HfC non sono stati potenziali candidati per gli aerei ipersonici, ma le nostre nuove scoperte mostrano che possono sopportare ancora più calore di quanto pensassimo in precedenza, più di qualsiasi altro composto conosciuto dall’uomo. Ciò significa che potrebbero essere materiali utili per nuovi tipi di veicoli spaziali in grado di volare attraverso l’atmosfera come un aereo, prima di raggiungere velocità ipersoniche per lanciarsi nello spazio. Questi materiali potrebbero consentire ai veicoli spaziali di resistere al calore estremo generato dall’uscita e dal rientro nell’atmosfera”.

Esempi di potenziali usi di TaC e HfC potrebbero essere nei cappucci delle navicelle spaziali e come bordi di strumenti esterni che devono resistere al massimo attrito durante il volo.

Attualmente, i veicoli che superano la velocità di Mach 5 non trasportano persone, ma il dottor Cedillos-Barraza suggerisce che ciò potrebbe essere possibile in futuro.

Il dottor Cedillos-Barraza ha aggiunto: “I nostri test dimostrano che questi materiali sono davvero promettenti nell’ingegneria dei veicoli spaziali del futuro. Essere in grado di resistere a temperature così estreme significa che le missioni che coinvolgono veicoli spaziali ipersonici potrebbero un giorno essere missioni con equipaggio. Ad esempio, un volo da Londra a Sydney potrebbe durare circa 50 minuti a Mach 5, il che potrebbe aprire un nuovo mondo di opportunità commerciali per i paesi di tutto il mondo”.