Tantalcarbid: Hochleistungs-Schutzmaterial für Raumfahrzeuge

Extreme Bedingungen im Weltraum

Wir erleben ein goldenes Zeitalter der Science-Fiction-Filme. Kinos bieten unzählige Filme mit Außerirdischen, Superhelden, riesigen Robotern und ultraschnellen Raumfahrzeugen bzw. Hyperschallfahrzeugen. Die Fähigkeit, extrem hohe Geschwindigkeiten zu erreichen, ist ein Markenzeichen dieses Genres.

In naher Zukunft werden die in Filmen gezeigten schnellen Raumfahrzeuge und Hyperschallfahrzeuge Realität. Die Raumfahrtforschung schreitet rasant voran, und der Traum, die Galaxis in wenigen Stunden zu durchqueren, rückt näher.

Doch wie können diese Fahrzeuge den sengenden Temperaturen im Weltraum standhalten? Wissenschaftler des Imperial College London haben eine Antwort gefunden.

Entdeckung von Hitzebeständigen Materialien

Das Team des Imperial College London entdeckte, dass Hafniumcarbid den höchsten je für ein Material gemessenen Schmelzpunkt aufweist. Mit einer Hitzebeständigkeit von nahezu 4000 °C ebnen Hafniumcarbid und Tantalcarbid den Weg für den Einsatz in extremen Umgebungen.

Tantalcarbid (TaC) und Hafniumcarbid (HfC) sind feuerfeste Keramiken – sie sind außerordentlich hitzebeständig. Ihre Fähigkeit, extrem rauen Bedingungen zu widerstehen, prädestiniert sie für thermische Schutzsysteme an Hochgeschwindigkeitsfahrzeugen und als Brennhülsenmaterial in den überhitzten Umgebungen von Kernreaktoren.

Was ist Tantalcarbid?

Tantalcarbide bilden eine Familie binärer chemischer Verbindungen aus Tantal und Kohlenstoff. Kommerziell werden sie in Schneidwerkzeugen eingesetzt und manchmal Wolframcarbid-Legierungen zugesetzt. Die Schmelzpunkte von Tantalcarbiden erreichen je nach Reinheit und Messbedingungen etwa 3880 °C – einer der höchsten Werte für binäre Verbindungen.

Chemische Eigenschaften

Die Bindung zwischen Tantal- und Kohlenstoffatomen in Tantalcarbiden ist eine komplexe Mischung aus ionischen, metallischen und kovalenten Anteilen. Durch den starken kovalenten Charakter sind diese Carbide sehr hart und spröde. Härte, Fließspannung und Schubspannung nehmen mit dem Kohlenstoffgehalt des Tantalcarbids zu.

Referenz

Imperial College London: News Summary