Guangzhou Üniversitesi Gereç Bilimi ve Mühendisliği Fakültesi’nden Çinli bilim insanları havacılık, güç ve kimya mühendisliği alanlarında ihtilal yaratabilecek yeni bir gözenekli seramik geliştirdi. Çin medyasına nazaran gereç yüksek mekanik dayanıma ve hipersonik uçaklar (Mach 5-10 / 6,173–12,348 km/s) için de ülkü olabilecek mükemmel ısı yalıtım özelliklerine sahip. Emsal bir teknolojiyi birinci kere NASA, Space Shuttle programındaki uzay mekiklerinde kullanmıştı. Gözenekli seramik materyaller hafiflikleri, kimyasal olarak inert olmaları ve düşük ısı iletkenlikleri nedeniyle ısı yalıtımı için giderek daha fazla istek görüyor. Bununla birlikte gözenekli seramiklerde yüksek mekanik direnç ve ısı yalıtımı elde etmek zordur zira daha fazla gözenek tipik olarak mekanik direncin azalmasına neden olmakta.
Hipersonik uçaklar için kıymetli bir gelişme
Geleneksel gözenekli materyaller yüksek sıcaklıklarda güç kaybedip büzüşebildiğinden havacılık ve uzay uygulamaları için uygun değillerdir. Bu hedefle, Guangzhou Üniversitesi Materyal Bilimi ve Mühendisliği Okulu’ndan bir grup, klâsik seramiklerin sınırlamalarının üstesinden gelen yeni bir seramik çeşidi geliştirdi. Geliştirilen seramik çok ölçekli bir yapısal dizayna sahip ve takım bulgularını 2 Ocak’ta hakemli Advanced Materials mecmuasında yayınladı.
9PHEB olarak isimlendirilen seramik, harika boyut ve 2.000 santigrat dereceye kadar direnç tutma özelliği gösteriyor ve bu da onu çok şartlarda kullanıma uygun hale getiriyor. En azından Çinli bilim insanları bu sözleri kullanıyor. 9PHEB yahut 9 katyonlu gözenekli yüksek entropili diborür, yüksek entropi konseptine dayalı dokuz bileşenin karıştırılmasıyla oluşturulmuş durumda. Bunların da hepsi katyonik yapıda, yani tümü müspet yüklü iyonlardan oluşuyor.
Araştırma makalesinde 9PHEB adlı seramiğin yaklaşık yüzde 50 gözenekliliğe sahip olduğu belirtilirken oda sıcaklığındaki basınç dayanımının ise yaklaşık 337 milyon pascal (MPa) olduğu belirtiliyor. Bu da onu daha evvel bildirilen gözenekli seramiklerden kıymetli ölçüde daha güçlü kılıyor. Seramik, 1.500 santigrat derecede direncinin %98,5’ini koruyarak yalıtım ve termal stabilite testlerinde âlâ performans sergiliyor. 9HPEB, kırılgan klasik seramiklerin bilakis 2.000 santigrat derecede plastik deformasyon gösteriyor. Materyal yüksek sıcaklıklarda deforme olduğunda, yüzde 49’luk bir gerilme yaşayarak direncini 690 MPa’ya çıkartıyor, ki bu da başlangıçtaki direncinin iki katından fazla.
Seramiğin mekanik ve termal özelliklerinin, mikro ölçekte ultra ince gözenekler, nano ölçekte yüksek kaliteli arayüzler ve atomik ölçekte önemli kafes bozulması içeren “çok ölçekli” dizaynından kaynaklandığını belirtiliyor. Araştırmacılara nazaran, bu özellikler materyalin mekanik direncini ve ısı yalıtımını artırarak onu çok şartlar için uygun hale getiriyor. Şu sıralar gündemde olan hipersonik uçaklar için bu tip ısı kalkanlarına gereksinim duyulacak. Hasebiyle bu materyaller çok kritik kıymete sahip.
