Пористая керамика уже использовалась в космическом корабле «Шаттл». Теплозащитные плитки изготовлены из керамических композиционных материалов. Хорошая теплоизоляция стала возможной благодаря большому количеству пор. Им пришлось выдержать в космосе минусовые температуры и тысячи градусов Цельсия при входе в атмосферу.
Гиперзвуковые самолеты, такие как Leap EON-01, могут выиграть от 9PHEB. Фото: Leap Aerospace
Однако большое количество пор делало такие плитки очень хрупкими. Китайская исследовательская группа утверждает, что создала новый материал, который не только обеспечивает хорошую теплоизоляцию, но и обладает высокой прочностью, сообщает издание SCMP.
Новая пористая керамика получила название 9PHEB. Цифра 9 в названии означает, что это композитный материал, состоящий в общей сложности из 9 компонентов. По данным исследовательской группы, испытания показали, что 9PHEB не только сохраняет свои теплоизоляционные свойства при температуре до 2000°C, но также форму и прочность. Одна из причин, почему в авиации редко используются обычные пористые материалы: высокие температуры могут их деформировать.
9PHEB имеет пористость 50%. Прочность на сжатие составляет 337 миллионов паскалей (337 МПа) при комнатной температуре. Это значительно больше, чем любая пористая керамика, разработанная на сегодняшний день. Для сравнения: незакаленная сталь имеет прочность на сжатие около 250 МПа, классический фарфор - 500 МПа.
По словам исследователей, 9PHEB смог сохранить 98,5% этой прочности при нагревании до 1500°C. Во время испытания под давлением при температуре 2000°C произошла необратимая деформация. В данном случае это действительно желаемый эффект. Обычная керамика имеет тенденцию становиться хрупкой во время таких испытаний и образовывать трещины. В другом тесте материал растянулся на 49% при высоких температурах. Вместо того, чтобы сломаться или треснуть, он на самом деле стал прочнее. Прочность на сжатие возросла до 690 МПа.
Если 9PHEB не деформируется намеренно, тепло, по-видимому, мало влияет на объем материала. После того, как его нагрели до 2000°C, материал уменьшился всего на 2,4%.
Исследователи приписывают эти свойства различным «уровням», на которых они разработали 9PHEB. 92% пор находятся на микроуровне — их размер составляет от 0,8 до 1,2 микрометра. Это основная причина хорошей теплоизоляции. На наноуровне керамика имеет прочные, безупречные связи, обеспечивающие механическую прочность. На атомном уровне высокоэнтропийная конструкция (материалы с почти равными пропорциями сплавов для объединения нескольких свойств материала) обеспечивает повышенную жесткость и пониженную теплопроводность.
Все это делает 9PHEB материалом, подходящим практически для всех экстремальных условий. Исследователи упоминают не только космические путешествия, но и авиацию.
В частности, от этой технологии могут выиграть гиперзвуковые самолеты. Материал одновременно прочен и обеспечивает высокую теплозащиту, поэтому самолет можно сделать легче и, следовательно, более экономичным, чем если бы для достижения свойств 9PHEB пришлось объединить несколько других материалов.
Также возможно использование в энергетике и химии. 9PHEB может применяться везде, где требуются прочные материалы, которые обеспечивают высокую теплоизоляцию.
Неизвестно, когда 9PHEB может пойти в серийное производство. Результаты исследования Университета Гуанчжоу были опубликованы в журнале Advanced Materials.
