Lapisan Keramik Baru ini Membuat Kita Lebih Dekat dengan Perjalanan Udara Hipersonik yang Handal

Perkembangan jenis keramik baru yang mampu menahan suhu yang sangat tinggi akan menghilangkan hambatan utama yang menghalangi jalan menuju perjalanan udara hipersonik.

Ada banyak kegunaan potensial untuk bahan yang dapat mengatasi suhu 3.000 ° Celsius (sekitar 5.400 ° Fahrenheit), terutama pada teknologi militer dan ruang angkasa, namun apapun yang akan membawa kita ke seluruh dunia dalam waktu yang dibutuhkan untuk menonton tiga Permainan Episode Thrones mendapat perhatian kita.

Periset dari University of Manchester dan Central South University (CSU) di China telah merancang lapisan keramik yang menolak dua masalah terbesar yang disebabkan oleh paparan suhu tinggi - ablasi dan oksidasi.

Tempelkan bahan apapun ke suhu yang cukup tinggi dan molekulnya akan terlepas dan jatuh, terutama jika diliputi oleh partikel kecepatan tinggi yang melaju kencang. Itu ablasi.

Yang kedua adalah reaksi suped up dengan oksigen yang mengubah struktur molekul, yang disebut oksidasi.

Agar pesawat terbang bergerak dengan kecepatan hipersonik dan tidak sampai dipanggang, Anda pasti ingin melindungi komponennya terhadap suhu tinggi yang disebabkan oleh pengompresan udara dan penggeseran terhadap bagian-bagian strukturnya, terutama sisi utamanya.

Suhu tersebut berpotensi mencapai 3.000 ° C (5.400 ° Fahrenheit) pada kecepatan yang dianggap hipersonik, antara 6.174 dan 12.348 kilometer per jam (3.836 sampai 7.673 mil per jam).

Mendapatkan penumpang dari London ke New York dalam waktu sekitar 2 jam akan merevolusi perjalanan, dan merupakan mimpi yang beberapa orang katakan dapat dicapai pada dekade berikutnya.

Mengesampingkan argumen apakah itu bisa dilakukan secara komersial, terutama dengan kenangan akan Concorde yang masih segar dalam pikiran kita, masalah suhu sial itu hanyalah salah satu dari banyak masalah teknologi yang membutuhkan solusi.

Jawaban saat ini adalah untuk menutupi mereka dengan keramik suhu ultra tinggi (UHTCs); Padat non-logam yang tetap stabil pada suhu di atas 2.000 ° Celcius (sekitar 3.600 ° Fahrenheit).

Satu UHTC yang biasa digunakan untuk melapisi bagian bor, bagian mesin, dan bagian kendaraan supersonik adalah zirkonium karbida (ZrC).

Calon lain yang menjanjikan untuk pelapis suhu tinggi pada pesawat akan menjadi sepupu zirkonium diboride (ZrB2), yang tidak hanya menahan oksidasi pada suhu sampai 1.500 ° Celsius (2.700 ° Fahrenheit), namun memiliki kepadatan rendah dan harganya relatif rendah.

Sayangnya, boron di ZrB2 membuatnya rentan terhadap ablasi ketika atom boron mengoksidasi, dan jika satu bagian material gagal, ia melakukannya dengan sangat bencana.

Penelitian baru ini telah menemukan bahan yang lebih menjanjikan lagi dalam bentuk baru dari keramik karbida yang dapat menahan suhu perjalanan hypersonik yang sangat tinggi.

"Kandidat UHTC saat ini untuk penggunaan di lingkungan yang ekstrim terbatas dan perlu untuk mengeksplorasi potensi keramik fase tunggal baru dalam hal pengurangan penguapan dan ketahanan oksidasi yang lebih baik," kata pemimpin peneliti Ping Xiao dari University of Manchester.

"Selain itu, telah ditunjukkan bahwa mengenalkan keramik semacam itu ke dalam komposit matriks karbon yang diperkuat serat karbon bisa menjadi cara efektif untuk memperbaiki ketahanan terhadap sengatan panas."

Lapisannya adalah campuran karbida kuartener yang terbuat dari zirkon, titanium, karbon, dan boron yang diendapkan menjadi komposit karbon dengan proses yang disebut infiltrasi meleleh reaktif.

Meskipun memiliki sifat yang mirip dengan UHTC lainnya, konsentrasi boron yang relatif rendah membuatnya cenderung mengambang, sementara struktur karbon membantu mencegah sengatan panas sehingga air mata terlepas dari bahan seperti ZrB2.

"Hasil percobaan yang disajikan di sini menunjukkan lapisan karbida menampilkan ketahanan ablasi yang lebih baik pada suhu 2.000-3.000 ° C daripada kandidat UHTC yang ada seperti karbida berbasis Zr dan diborides dan komposit suhu tinggi lainnya," tulis para peneliti dalam laporan mereka.

Sebenarnya, materi baru 12 kali lebih baik dari ZrB2 untuk melawan ablasi.

Sayangnya tidak satu pun dari ini berarti kita akan melakukan belanja siang hari di belahan bumi lain dalam waktu dekat. Ini kemungkinan besar teknologi semacam ini akan digunakan di aplikasi militer atau ruang angkasa sebelum kita menaiki pesawat hypersonic.

ScienceAlert.com