Novo recorde estabelecido para o material mais resistente ao calor do mundo

Jul 22, 2023

A descoberta abre caminho para novos tipos de escudos térmicos (imagem: NASA)

Os pesquisadores descobriram que os materiais de carboneto de tântalo e carboneto de háfnio podem suportar temperaturas escaldantes de quase 4.000 graus Celsius.

– Dr. Omar Cedillos-Barraza

Em particular, a equipe do Imperial College London descobriu que o ponto de fusão do carboneto de háfnio é o mais alto já registrado para um material. Ser capaz de suportar temperaturas de quase 4.000°C poderia abrir caminho para que ambos os materiais fossem usados ​​em ambientes cada vez mais extremos, como na blindagem resistente ao calor para a próxima geração de veículos espaciais hipersônicos.

O carboneto de tântalo (TaC) e o carboneto de háfnio (HfC) são cerâmicas refratárias, o que significa que são extraordinariamente resistentes ao calor. Sua capacidade de resistir a ambientes extremamente agressivos significa que a cerâmica refratária poderia ser usada em sistemas de proteção térmica em veículos de alta velocidade e como revestimento de combustível em ambientes superaquecidos de reatores nucleares. No entanto, não existe tecnologia disponível para testar o ponto de fusão do TaC e do HfC em laboratório para determinar o quão verdadeiramente extremo é o ambiente em que eles poderiam funcionar.

Os pesquisadores do estudo, publicado na revista Scientific Reports, desenvolveram uma nova técnica de aquecimento extremo usando lasers para testar a tolerância ao calor de TaC e HfC. Eles usaram técnicas de aquecimento a laser para encontrar o ponto em que o TaC e o HfC derreteram, ambos separadamente e como composições mistas de ambos.

Eles descobriram que o composto misto (Ta0,8Hf0,20C) era consistente com pesquisas anteriores, fundindo a 3.905°C, mas os dois compostos por si só excederam os pontos de fusão registrados anteriormente. O composto TaC fundiu a 3768°C e o HfC fundiu a 3958°C.

Os pesquisadores dizem que as novas descobertas podem abrir caminho para a próxima geração de veículos hipersônicos, o que significa que as espaçonaves poderão se tornar mais rápidas do que nunca.

O Dr. Omar Cedillos-Barraza, atualmente professor associado da Universidade do Texas - El Paso, realizou o estudo enquanto fazia seu doutorado no Departamento de Materiais do Imperial.

Cedillos-Barraza disse: “O atrito envolvido ao viajar acima de Mach 5 – velocidades hipersônicas – cria temperaturas muito altas. Até agora, o TaC e o HfC não eram candidatos potenciais para aeronaves hipersónicas, mas as nossas novas descobertas mostram que podem suportar ainda mais calor do que pensávamos anteriormente - mais do que qualquer outro composto conhecido pelo homem. Isto significa que podem ser materiais úteis para novos tipos de naves espaciais que podem voar através da atmosfera como um avião, antes de atingir velocidades hipersónicas para disparar para o espaço. Esses materiais podem permitir que a espaçonave suporte o calor extremo gerado ao sair e reentrar na atmosfera.”

Exemplos de usos potenciais para TaC e HfC poderiam ser em tampas de nariz de espaçonaves e como bordas de instrumentos externos que precisam suportar maior atrito durante o vôo.

Atualmente, os veículos que ultrapassam velocidades de Mach 5 não transportam pessoas, mas o Dr. Cedillos-Barraza sugere que isso pode ser possível no futuro.

Cedillos-Barraza acrescentou: “Nossos testes demonstram que esses materiais são uma promessa real na engenharia de veículos espaciais do futuro. Ser capaz de suportar temperaturas tão extremas significa que as missões que envolvem naves espaciais hipersónicas poderão um dia ser missões tripuladas. Por exemplo, um voo de Londres para Sydney pode demorar cerca de 50 minutos a Mach 5, o que poderia abrir um novo mundo de oportunidades comerciais para países de todo o mundo.”