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O Material Mais Resistente Ao Calor Foi Sintetizado E Pode Ter Futuro Na Aviação

O Material Mais Resistente Ao Calor Foi Sintetizado E Pode Ter Futuro Na Aviação

Por muito tempo, o tungstênio e o diamante ficaram conhecidos como os materiais com as maiores resistências ao calor; ou seja, maior ponto de fusão, pouco mais de 3400ºC e 3500ºC, respectivamente, que é quando o material passa do seu estado sólido para o estado líquido. A medida que a ciência foi avançando, os pesquisadores conseguiram sintetizar (fabricar em escala de laboratório compostos químicos a partir de suas substâncias mais simples) materiais cerâmicos avançados, os quais conseguem aguentar próximo ou até superar os recordistas de longo tempo.

E foi exatamente o que aconteceu recentemente, quando pesquisadores russos desenvolveram um material cerâmico com o maior ponto de fusão entre todos os materiais conhecidos.

Uma saída para os chamados aviões supersônicos?

Com isso, graças a uma combinação única de propriedades físicas, principalmente mecânicas e térmicas, o material sintetizado tem potencial para ser usado nos componentes mais sujeitos ao calor dos aviões, como carenagens na parte dianteira e interior dos motores a jato e até dos futuros aviões hipersônicos, sem contar uma ampla aplicação industrial.

O professor Dmitry Moskovskikh, da Universidade Nacional de Ciência e Tecnologia da Rússia, destaca:

Ao sair e entrar na atmosfera, a superfície das asas de um avião espacial podem ser submetidas às temperaturas em torno de 2000°C, chegando a 4000 °C. Assim, quando se trata de tais aeronaves, existe uma questão associada à criação e desenvolvimento de novos materiais que possam trabalhar em temperaturas tão altas.

Conheça o Carbonitreto de Háfnio!

O objetivo da equipe de pesquisa era criar um material com o mais alto ponto de fusão conhecido, sem perder as propriedades mecânicas que viabilizam seu uso prático. E muitas pesquisas foram realizas!

Após muitos estudos, partiram de um sistema triplo de háfnio-carbono-nitrogênio, uma cerâmica conhecida como carbonitreto de háfnio (Hf-CN), que uma equipe da Universidade Brown, nos EUA, havia previsto teoricamente como capaz de apresentar uma alta condutividade térmica e resistência à oxidação. E o trabalho dos norte-americanos fizeram os russos evoluírem até a descoberta deste composto cerâmico único.

Usando um método de síntese autopropagável a alta temperatura, a equipe russa conseguiu sintetizar o material HfC0,5N0,35próximo à composição teórica, com uma dureza de 21,3 GPa, o que é ainda mais alto do que outros novos materiais que ainda são considerados promissores.

Mas, se na teoria tudo faz sentido, atingir a maior resistência ao calor é bem mais complicado na prática.

Além disso, a pesquisadora Veronika Buinevich, detalha:

É difícil medir o ponto de fusão de um material acima dos 4000°C. Então, decidimos comparar as temperaturas de fusão do composto sintetizado com as do ‘campeão’ original, o carbeto de háfnio. Para isso, colocamos amostras de HFC e HfCN compactadas em uma placa de grafite em forma de haltere, e cobrimos a parte superior com uma placa semelhante para evitar a perda de calor.

Após os estudos preliminares, a equipe conectou o aparato a uma bateria usando eletrodos de molibdênio e colocou tudo em um ambiente de alto vácuo. Como a seção transversal das placas de grafite não é homogênea, a temperatura máxima foi atingida em sua parte mais estreita.

Os resultados do aquecimento simultâneo do carbonitreto e do carbeto de háfnio mostraram que o carbonitreto tem um ponto de fusão mais alto do que o carbeto de háfnio, desbancando o campeão atual, embora as técnicas disponíveis não permitam dizer exatamente que temperatura o novo material suporta. O que se sabe é que o ponto de fusão específico do novo material está acima de 4000°C!

Agora, a equipe planeja realizar experimentos para medir a temperatura de fusão por pirometria de alta temperatura usando um laser ou uma resistência elétrica. Além disso, planejam estudar o desempenho do carbonitreto de háfnio em condições hipersônicas, o que será relevante para aplicações na indústria aeroespacial.

Isso tudo é engenharia, ciência e tecnologia dos materiais!

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Bibliografia: Inovação Tecnológica e Artigo: Fabrication of ultra-high-temperature nonstoichiometric hafnium carbonitride via combustion synthesis and spark plasma sintering. Revista: Ceramics International. Vol.: 46, Issue 10, Part B, 16068-16073. DOI: 10.1016/j.ceramint.2020.03.158.

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Reinaldo Vargas

Professor, Colunista do Arena Xbox e XPGG, Idealizador do http://UniversoNERD.Net e Streamer do #TeamSparkers na MIXER. Curte Games, Tech e Ciência.. Um Xbox Gamer, Insider e Preview, adora a Bethesda e a Rock Star e ama produzir conteúdo. Gamertag: reavargas

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