Sau ba năm nghiên cứu trên trạm vũ trụ Tiangong, các nhà khoa học Trung Quốc đã đạt được một bước đột phá lớn trong lĩnh vực vật liệu, hứa hẹn cách mạng hóa công nghệ tên lửa siêu thanh và phương tiện bay tốc độ cao. Nhờ môi trường vi trọng lực trên trạm vũ trụ, họ đã tạo ra hợp kim niobium-silicon, một chất liệu siêu bền có thể chịu được nhiệt độ khắc nghiệt.
Niobium, một kim loại quý hiếm thường được sử dụng trong các loại thép cao cấp, nay được biến đổi thành hợp kim mới với khả năng chịu nhiệt lên đến 1.700 độ C. Đây là ngưỡng nhiệt độ vượt xa những gì các vật liệu hiện có có thể chịu đựng, khiến hợp kim này trở thành lựa chọn lý tưởng cho các động cơ phản lực và thiết bị hàng không hiện đại.
Trước đây, sản xuất hợp kim niobium-silicon gặp nhiều khó khăn vì hai lý do chính: tốc độ kết tinh chậm và độ giòn cao. Quá trình tạo ra các tinh thể niobium-silicon thường mất đến 100 giờ ở nhiệt độ gần 1.600 độ C, trong khi sản phẩm cuối cùng lại dễ vỡ ở nhiệt độ phòng, không phù hợp cho sản xuất động cơ.
Đội ngũ nghiên cứu do Giáo sư Wei Bingbo từ Đại học Kỹ thuật Tây Bắc Trung Quốc dẫn đầu đã giải quyết triệt để hai vấn đề này. Họ phát triển một phương pháp làm nguội nhanh, cho phép các tinh thể hợp kim niobium-silicon hình thành với tốc độ gần 9 cm/giây, giảm đáng kể thời gian sản xuất. Đồng thời, bằng cách thêm một lượng nhỏ hafnium vào hợp kim, độ bền ở nhiệt độ phòng đã tăng gấp ba lần, loại bỏ hoàn toàn vấn đề giòn.
Điều đặc biệt là những cải tiến này đạt được nhờ các thí nghiệm trong môi trường không trọng lực trên trạm Tiangong. Ở đây, sự hình thành và phát triển tinh thể diễn ra khác biệt so với trên Trái Đất, nơi trọng lực chi phối các quá trình này. Các nhà khoa học quan sát được hiện tượng co ngót đặc trưng trong quá trình đông đặc nhanh, cùng với mô hình tăng trưởng tinh thể độc đáo. Những phát hiện này đã được nhóm nghiên cứu gọi là “món quà từ thiên đường”.
Hợp kim niobium-silicon không chỉ là thành tựu khoa học, mà còn có ý nghĩa chiến lược đối với Trung Quốc. Quốc gia này là nhà tiêu thụ niobium lớn nhất thế giới, nhưng chỉ sở hữu chưa đến 1% trữ lượng toàn cầu, phụ thuộc chủ yếu vào nhập khẩu từ Brazil – quốc gia sản xuất tới 90% lượng niobium trên thế giới. Việc phát triển thành công hợp kim mới có thể giúp Trung Quốc giảm sự phụ thuộc vào nguồn cung từ nước ngoài và nâng cao năng lực trong ngành công nghiệp quốc phòng và hàng không vũ trụ.
Các phát hiện này đã được công bố trên tạp chí Acta Physica Sinica, đánh dấu một bước tiến lớn không chỉ cho ngành khoa học vật liệu mà còn mở ra cơ hội mới cho ngành công nghiệp siêu thanh.
