New ceramic coating could have hypersonic applications / Il nuovo rivestimento ceramico potrebbe avere applicazioni ipersoniche


New ceramic coating could have hypersonic applicationsIl nuovo rivestimento ceramico potrebbe avere applicazioni ipersoniche


Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa



(Credit: University of Manchester)

A new type of ceramic coating developed at the University of Manchester has the potential to “revolutionise” hypersonic flight, according to its creators.

Hypersonic flight – defined as Mach five or above – would see aircraft subjected to external temperatures between 2,000 and 3,000°C, leading to structural challenges caused by oxidation and ablation. Amongst other materials, current spacecraft and missiles rely on ultra-high temperature ceramics (UHTCs) to combat high temperatures. However, according to Manchester University, conventional UHTCs can’t currently satisfy the associated ablation requirements of hypersonic flight.
“At present one of the biggest challenges is how to protect critical components such as leading edges, combustors and nose tips so that they survive the severe oxidation and extreme scouring of heat fluxes such temperatures cause to excess during flight,” said Philip Withers, Regius Professor at Manchester University.
Working in collaboration with Central South University (CSU), China, and the Royce Institute, Withers and his colleagues developed a carbide coating that performs 12 times better than Zirconium carbide (ZrC), a widely used UHTC often found in tool bits.
According to the team, the performance of the coating is due to its unique structural make-up, which provides excellent heat resistance and improved oxidation resistance. The coating is manufactured using a process called reactive melt infiltration (RMI) – which reduces the time needed to make such materials -and reinforced with carbon–carbon composite (C/C composite), making it extremely resistant to typical surface degradation.
“Current candidate UHTCs for use in extreme environments are limited and it is worthwhile exploring the potential of new single-phase ceramics in terms of reduced evaporation and better oxidation resistance,” said Ping Xiao, Professor of Materials Science, who led the study at the University of Manchester.
“In addition, it has been shown that introducing such ceramics into carbon fibre- reinforced carbon matrix composites may be an effective way of improving thermal-shock resistance.”

ITALIANO

Un nuovo tipo di rivestimento in ceramica sviluppato presso l'Università di Manchester ha il potenziale per "rivoluzionare" il volo ipersonico, secondo i suoi creatori.

Il volo ipersonico - definito come Mach cinque o più - vedrebbe aeromobili soggetti a temperature esterne tra 2.000 e 3.000 ° C, portando a sfide strutturali causate dall'ossidazione e dall'ablazione. Tra gli altri materiali, gli attuali veicoli spaziali e missili si basano su ceramiche ultra-elevate di temperatura (UHTC) per combattere le alte temperature. Tuttavia, secondo l'Università di Manchester, gli UHTC convenzionali non possono attualmente soddisfare i requisiti di ablazione associati al volo ipersonico.
"Attualmente una delle sfide più importanti è come proteggere i componenti critici come i bordi, i combustori e le punte del naso, in modo da sopravvivere alla grave ossidazione e ad estremo scorrimento dei flussi di calore che tali temperature causano in eccesso durante il volo", ha affermato Philip Withers, Regius Professore presso l'Università di Manchester.
Lavorando in collaborazione con la Central South University (CSU) e l'Istituto Royce, Withers ed i suoi colleghi hanno sviluppato un rivestimento in carburo che esegue 12 volte meglio rispetto al carburo di zirconio (ZrC), un UHTC ampiamente utilizzato, spesso presente in  utensili.
Secondo il gruppo, la prestazione del rivestimento è dovuta al suo unica caratteristica  strutturale, che fornisce una eccellente resistenza al calore e una migliore resistenza all'ossidazione. Il rivestimento è realizzato utilizzando un processo chiamato infiltrazione di reattiva di fusione (RMI) che riduce il tempo necessario per realizzare tali materiali e rinforzato con composito carbonio-carbonio (composito C / C), rendendolo estremamente resistente al degrado tipico della superficie.
"Gli UHTCs candidati correnti per uso in ambienti estremi sono limitati e vale la pena esplorare il potenziale delle nuove ceramiche monofase in termini di evaporazione ridotta e migliore resistenza all'ossidazione", ha dichiarato Ping Xiao, professore di scienze dei materiali, che ha condotto lo studio al Università di Manchester.
"Inoltre, è stato dimostrato che l'introduzione di tali ceramiche in compositi a matrice di carbonio rinforzata con fibre di carbonio può essere un modo efficace per migliorare la resistenza agli shock termici".

Da:

https://www.theengineer.co.uk/new-ceramic-coating-could-have-hypersonic-applications/?cmpid=tenews_3645329&adg=CA40D8F0-63B9-4BE1-90A0-3379B1DDE40E

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