Cerâmica de alta temperatura para aviões hipersônicos

Redação do Site Inovação Tecnológica -  

A nova cerâmica é 12 vezes melhor do que a melhor existente atualmente para a mesma aplicação. [Imagem: Yi Zeng et al. - 10.1038/ncomms15836]

Voo hipersônico

Um novo tipo de revestimento cerâmico promete resolver os problemas com que estão se deparando os projetistas e engenheiros que tentam tornar realidade as viagens hipersônicas.

Viagem hipersônicasignifica mover-se a Mach 5 ou mais - pelo menos cinco vezes mais rápido do que a velocidade do som, ou 6.125 km/h.

Quando um avião se move a uma velocidade tão alta, o calor gerado pelo atrito com o ar atmosférico é extremamente elevado, com um impacto sério na integridade estrutural da aeronave. Isso porque as temperaturas que atingem a frente e os bordos de ataque do veículo podem atingir entre 2.000 e 3.000 °C.

Esses problemas estruturais são causados principalmente pelos processos de oxidação e ablação, com o ar e o gás extremamente quentes removendo as camadas superficiais dos materiais externos da aeronave.

Para combater o problema, são necessários materiais conhecidos como UHTC, sigla em inglês para cerâmicas de temperatura ultra-alta. Essas cerâmicas são usadas nos motores aeroespaciais e nos primeiros protótipos de veículos hipersônicos, incluindo foguetes e veículos de reentrada.

Contudo, até o momento, as UHTCs convencionais não conseguem satisfazer os requisitos de ablação exigidos pelo voo hipersônico atmosférico, com suas temperaturas e atrito extremos por longos períodos.

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Carbureto

A boa notícia está chegando pelas mãos de Yi Zeng e sua equipe das universidades de Manchester (Reino Unido) e Central Sul (China).

Eles sintetizaram um novo revestimento de carbureto que é muito superior às UHTCs atuais, resistindo bem a temperaturas de 3.000° C.

Os testes mostraram que a cerâmica é 12 vezes melhor do que o tradicional carbureto de zircônio (ZrC) - o ZrC é um material cerâmico refratário extremamente resistente e utilizado em ferramentas de corte.

O que torna este novo revestimento único é que ele foi fabricado usando um processo chamado infiltração por fusão reativa (RMI: Reactive Melt Infiltration), o que reduz drasticamente o tempo necessário para sua produção.

Além disso, a cerâmica, cuja fórmula completa é Zr_0.8Ti_0.2C_0.74B_0.26, foi reforçada com o composto carbono-carbono, o mesmo que era usado para proteger os ônibus espaciais. Isso torna o material não apenas forte, mas extremamente resistente à degradação superficial.

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Bibliografia:

Ablation-resistant carbide Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26 for oxidizing environments up to 3,000?°C
Yi Zeng, Dini Wang, Xiang Xiong, Xun Zhang, Philip J. Withers, Wei Sun, Matthew Smith, Mingwen Bai, Ping Xiao
Nature Communications
Vol.: 8, Article number: 15836
DOI: 10.1038/ncomms15836