Nuevo récord establecido para el material más resistente al calor del mundo

Jul 22, 2023

El descubrimiento allana el camino para nuevos tipos de escudos térmicos (imagen: NASA)

Los investigadores han descubierto que los materiales de carburo de tantalio y carburo de hafnio pueden soportar temperaturas abrasadoras de casi 4.000 grados Celsius.

– Dr Omar Cedillos-Barraza

En particular, el equipo del Imperial College de Londres descubrió que el punto de fusión del carburo de hafnio es el más alto jamás registrado para un material. Ser capaz de soportar temperaturas de casi 4.000 °C podría allanar el camino para que ambos materiales se utilicen en entornos cada vez más extremos, como por ejemplo en blindajes resistentes al calor para la próxima generación de vehículos espaciales hipersónicos.

El carburo de tantalio (TaC) y el carburo de hafnio (HfC) son cerámicas refractarias, lo que significa que son extraordinariamente resistentes al calor. Su capacidad para soportar entornos extremadamente hostiles significa que las cerámicas refractarias podrían usarse en sistemas de protección térmica en vehículos de alta velocidad y como revestimiento de combustible en los entornos sobrecalentados de los reactores nucleares. Sin embargo, no ha habido tecnología disponible para probar el punto de fusión de TaC y HfC en el laboratorio para determinar en qué entorno verdaderamente extremo podrían funcionar.

Los investigadores del estudio, publicado en la revista Scientific Reports, desarrollaron una nueva técnica de calentamiento extremo utilizando láseres para probar la tolerancia al calor de TaC y HfC. Utilizaron técnicas de calentamiento por láser para encontrar el punto en el que TaC y HfC se fundieron, tanto por separado como como composiciones mixtas de ambos.

Descubrieron que el compuesto mixto (Ta0,8Hf0,20C) era consistente con investigaciones anteriores, fundiéndose a 3905°C, pero los dos compuestos por sí solos excedían los puntos de fusión registrados anteriormente. El compuesto TaC se fundió a 3768°C y el HfC se fundió a 3958°C.

Los investigadores dicen que los nuevos hallazgos podrían allanar el camino para la próxima generación de vehículos hipersónicos, lo que significa que las naves espaciales podrían volverse más rápidas que nunca.

El Dr. Omar Cedillos-Barraza, actualmente profesor asociado en la Universidad de Texas - El Paso, llevó a cabo el estudio mientras realizaba su doctorado en el Departamento de Materiales de Imperial.

El Dr. Cedillos-Barraza dijo: “La fricción involucrada cuando se viaja por encima de Mach 5 (velocidades hipersónicas) crea temperaturas muy altas. Hasta ahora, TaC y HfC no han sido candidatos potenciales para aviones hipersónicos, pero nuestros nuevos hallazgos muestran que pueden soportar incluso más calor de lo que pensábamos anteriormente, más que cualquier otro compuesto conocido por el hombre. Esto significa que podrían ser materiales útiles para nuevos tipos de naves espaciales que puedan volar a través de la atmósfera como un avión, antes de alcanzar velocidades hipersónicas para dispararse al espacio. Estos materiales pueden permitir que las naves espaciales resistan el calor extremo generado al salir y volver a entrar en la atmósfera”.

Ejemplos de usos potenciales para TaC y HfC podrían ser las tapas de nariz de naves espaciales y los bordes de instrumentos externos que deben soportar la mayor fricción durante el vuelo.

Actualmente, los vehículos que superan velocidades de Mach 5 no transportan personas, pero el Dr. Cedillos-Barraza sugiere que podría ser posible en el futuro.

El Dr. Cedillos-Barraza añadió: “Nuestras pruebas demuestran que estos materiales son realmente prometedores en la ingeniería de los vehículos espaciales del futuro. Ser capaz de soportar temperaturas tan extremas significa que las misiones que involucran naves espaciales hipersónicas algún día podrán ser misiones tripuladas. Por ejemplo, un vuelo de Londres a Sydney puede tardar unos 50 minutos a Mach 5, lo que podría abrir un nuevo mundo de oportunidades comerciales para países de todo el mundo”.