China erreicht Durchbruch bei Hitzeschild für Hyperschallflug

Ein Forscherteam aus China hat ein neuartiges Keramikmaterial entwickelt, das Temperaturen von bis zu 3.600 Grad Celsius in der Luft standhält. Damit sind künftig deutlich höhere Grenzwerte für thermische Belastbarkeit bei Hyperschallflugkörpern möglich. Das Material basiert auf einer sogenannten Hochentropie-Keramik mit mehreren Komponenten und wurde an der South China University of Technology unter Leitung von Chu Yanhui erforscht.

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Die Keramik hält der hohen Temperatur auch in oxidierenden Umgebungen, also in Anwesenheit von Sauerstoff stand, wie die scmp schreibt. Für Hitzeschutzmaterialien ist das besonders herausfordernd, weil viele Werkstoffe bei hohen Temperaturen an der Luft schnell oxidieren und dadurch ihre Festigkeit und Schutzwirkung verlieren. 

Reibung

Hyperschallflugzeuge und -raketen sind durch ihre hohe Geschwindigkeit extremen Temperaturen ausgesetzt, die durch Reibung zwischen der Luft und der Oberfläche der Flugkörper entstehen. Bisher verwendete Materialien wie Metalllegierungen versagen meist oberhalb von 2.000 Grad Celsius. 

Selbst moderne Kohlenstoff-Verbundstoffe halten zwar theoretisch bis zu 3.000 Grad aus, verlieren aber in Luft bereits ab etwa 370 Grad Celsius rapide an Festigkeit, da sie oxidieren. Zum Vergleich: Die Hitzeschutzkacheln vom SpaceX Starship sollen Temperaturen von etwa 1.371 Grad Celsius standhalten

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“Grenze durchbrochen”

„Das ist weltweit das erste Mal, dass die Betriebstemperatur eines Basismaterials 3.600 Grad Celsius erreicht hat. Damit wurde die langjährige 3.000-Grad-Grenze durchbrochen, die die Branche jahrelang vor Herausforderungen gestellt hat“, wird der Forschungsleiter zitiert.

Als Basismaterial kann die Keramik zu Verbundwerkstoffen verarbeitet oder als Beschichtung eingesetzt werden. Mögliche Anwendungen umfassen Komponenten für die Luft- und Raumfahrt, Waffensysteme oder sogar die Halbleiterindustrie.

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Das neue Material soll dabei auch nicht zu teuer sein, um im industriellen Maßstab eingesetzt werden zu können. Das Team arbeitet bereits mit Industriepartnern am Aufbau von Produktionsprozessen. Die Forschungsergebnisse wurden am 5. Juni in der Zeitschrift Advanced Materials veröffentlicht.