قرن ۲۱ طلیعه مبدایی نوین و مهیج برای پروازهای مافوق صوت با سرعت حدود ۵ ماخ بوده است. وسایل نقلیه پروازی مافوق صوت شامل وسایل زیر مداری و وسایل زمین به مدار و موشک‌های دسترسی به فضا می‌باشد. جنبه مشترک این سیستم‌ها، نیاز آنها به مواد نوین دما بالا محسوب می‌شود. وسایل نقلیه مافوق صوت با سطوح هوایی تیز مثل ورودی های درپوش موتور، لبه حمله بال و نوک دماغه‌ها، به موادی برای محدوده دمایی ۲۰۰۰ تا ۲۴۰۰ نیاز دارند که باید در هوا کار کرده و قابل استفاده مجدد باشند. برخی از قطعات و کاربردهای هوافضایی نیز وجود دارند که برای کارکرد مناسب به تحمل دماهای بالاتر (نزدیک به ۳۰۰۰) نیز نیاز دارند.
مواد فوق دما بالا (UHTM) خانواده‌ای از مواد هستند که در دماهای بالا و در اتمسفرهای واکنشی از لحاظ فیزیکی و شیمیایی پایدار هستند. مشخصات UHTM ها این امکان را برای آنها فراهم می‌آورد تا در شرایط محیطی حاد از جمله شرایط مربوط به پروازهای مافوق صوت، ورود مجدد پرتابه به اتمسفر و رانش راکت، مورد استفاده قرار گیرند.
گروه UHTM ها شامل کامپوزیت‌های کربن/ کربن، فلزات دیرگداز و ترکیبات سرامیکی دیرگداز (کاربیدها، بورایدها و نیتریدها) می‌باشند. کامپوزیت‌های کربن/ کربن و آلیاژهای تنگستن در وسیله پروازی X-43A که در سال ۲۰۰۴ با سرعت ۷ ماخ پرواز کرد، به طور موفقیت آمیزی نصب شدند. اما به دلیل مقاومت به اکسیداسیون ضعیف کامپوزیت‌های کربن/ کربن و چگالی زیاد آلیاژهای تنگستن، علاقه به ترکیبات سرامیکی دیرگداز، با ویژگی هایی همچون نقطه ذوب بسیار بالا، هدایت حرارتی و الکتریکی بالا، سختی زیاد، خنثی بودن شیمیایی و مقاومت به اکسیداسیون خوب، طی سال‌های اخیر به شدت افزایش یافته است. در این میان، دی‌بورایدهای فلزات واسطه با مقاومت به اکسیداسیون خوب، بیشتر مورد توجه قرار گرفته‌اند.
کاربرد در توربین های گازی
طی ۳۰ سال گذشته، روند پایداری از توسعه گستره مواد سرامیکی برای استفاده در کاربردهای مهندسی دما بالا در جریان بوده است. یک نمونه از این کاربردها، استفاده از کامپوزیت‌های زمینه سرامیکی (CMC) به عنوان قطعات سازه‌های بخش داغ سیستم رانش در هواپیماهای مافوق صوت می‌باشد. ورود این مواد در موتورهای توربین گاز باعث شده است که دمای کاری بسیار بالاتری نسبت به سوپرآلیاژهای پایه نیکلی متداول حاصل شود. بهره گیری از CMC ها موجب بهبود راندمان حرارتی می‌شود که این امر معادل کاهش مصرف سوخت، کاهش وزن و در نتیجه تنش‌های کمتر در قطعات چرخان و بالا رفتن نسبت رانش به وزن می‌باشد. افزایش دمای کاری موجب افزایش بازدهی ترمودینامیکی موتور و کاهش انتشار مواد آلاینده خواهد شد. این تاثیرات با استفاده از احتراق استوکیومتری سوخت و کاهش میزان هوا (که باید از طریق قطعات توربین به منظور خنک سازی منتقل شود) حاصل می‌شوند.
در میان سرامیک‌های دیرگداز، خانوادۀ مواد UHTC از اهمیت بالایی برخوردارند. این گروه از سرامیک‌های مهندسیِ غیر اکسیدی که امروزه کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف پیدا کرده است، شامل کاربیدها، نیتریدها و بورایدهایی با دمای ذوب بیش از ۳۰۰۰ می‌باشند.
دمای ۳۰۰۰ فقط داغ نیست، بلکه بی نهایت داغ است. این دما بالاتر از نقطه ذوب یا دمای تجزیه اغلب موادی است که بشر آنها را می‌شناسد. اما در دنیای مهندسی محیطهای حاد، این دما فقط یک خط مبنا محسوب می‌شود. لیست مواد با دمای ذوب بالاتر از ۳۰۰۰ فقط به حدود ۱۵ عنصر یا ترکیب محدود می‌شود که این لیست شامل تعدادی سرامیک کاربیدی، بورایدی و نیتریدی است.
امروزه کامپوزیت‌های سرامیک های فوق دما بالا یی توسعه داده شده‌اند، هر چند هنوز به بلوغ کامل نرسیده‌اند. استفاده از این سرامیک‌ها به عنوان ماده پوشش برای کامپوزیت‌های C/C باعث افزایش بیش از پیش دمای کاری و خواص اکسیداسیون کل قطعه و در نتیجه افزایش عمر آن در شار حرارتی مورد نظر می‌باشد. همچنین استفاده از خود این مواد به عنوان بدنه و قطعات مورد استفاده در کاربردهای دما بالا نیز آغاز شده است.
دی‌بوراید زیرکونیم و دی‌بوراید هافنیم سرامیک های فوق دما بالا (UHTC) با نقطه ذوب بالاتر از ۳۰۰۰ هستند. این مواد گزینه های مناسبی برای محافظهای حرارتی در وسایل نقلیه مافوق صوت و پرتابه‌های ورود مجدد به اتمسفر می‌باشند که دلیل این امر نقطه ذوب بسیار بالا و مقاومت به اکسیداسیون خوب آنهاست. نقطه ذوب بالا و مقاومت به اکسیداسیون آنها این امکان را فراهم می‌آورد تا وسایل پروازی پیشرفته‌تری با ویژگی‌هایی همچون لبه حمله تیزتر و مخروط دماغه نازک‌تر طراحی شوند. این مشخصات طراحی می‌توانند وسایل پروازی چابک‌تری تولید کنند که این امر محدوده بزرگتری از مسیرهای پرواز مافوق صوت و خط سیرهای وسایل پروازی هوافضایی را ایجاد می‌کند.
شرکت نانوموادگستران پارس می‌تواند با در اختیار داشتن دانش مهندسی- دانشگاهی، این سرامیک‌های راهبردی را تولید کرده و در اختیار صنایع مورد نیاز قرار دهد. طبیعتاً تولید این مواد در داخل کشور، و با هزینه به مراتب معقول تر از محصولات خارجی، یک مزیت راهبردی برای صنایع محسوب خواهد شد.
