Metalen die niobiumsilicide bevatten, zijn veelbelovende materialen die bestand zijn tegen hoge temperaturen en de efficiëntie van gasturbines in energiecentrales en vliegtuigen verbeteren. Maar het was moeilijk om hun mechanische eigenschappen nauwkeurig te bepalen vanwege hun complexe kristalstructuren. Nutsvoorzieningen, wetenschappers van de Universiteit van Kyoto in Japan hebben gemeten wat er op microniveau gebeurt als er druk wordt uitgeoefend op kleine monsters van deze materialen. De aanpak, gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap en technologie van geavanceerde materialen , zou wetenschappers kunnen helpen bij het verkrijgen van de nauwkeurige metingen die nodig zijn om het gedrag op atomair niveau van complexe kristallen te begrijpen om meer hittetolerante componenten in gasturbines te ontwikkelen.

"Onze resultaten demonstreren het snijvlak van onderzoek naar plastisch vervormingsgedrag in kristallijne materialen, " zegt Kyosuke Kishida, de corresponderende auteur van de studie.

Plastische vervorming beschrijft de vervorming die optreedt op atomair niveau wanneer een aanhoudende kracht op een kristal wordt uitgeoefend. Het is moeilijk te meten in complexe kristallen. Kishida en zijn collega's hebben een nieuwe benadering gebruikt om plastische vervorming in kristallen systematisch te meten, wat veelbelovend is voor gebruik in gasturbines met hoge temperatuur.

In dit onderzoek, ze maten plastische vervorming in een niobiumsilicide genaamd α-Nb5Si3. Kleine 'micropilaren' van deze kristallen werden blootgesteld aan zeer kleine hoeveelheden stress met behulp van een machine met een flat-punch indringer aan het uiteinde. De spanning werd toegepast op verschillende vlakken van het monster om te bepalen waar en hoe plastische vervorming optreedt in het kristal. Door scanning-elektronenmicroscopie op de monsters voor en na de test te gebruiken, ze waren in staat om de vlakken en richtingen te detecteren waarin vervorming optrad. Dit werd gevolgd door simulatiestudies op basis van theoretische berekeningen om beter te begrijpen wat er op atomair niveau gebeurde. Eindelijk, het team vergeleek de resultaten met die van een boorhoudend molybdeensilicide (Mo ₅ SiB ₂ ) die ze eerder hadden onderzocht.

"We ontdekten dat onmiddellijk falen vrij gemakkelijk optreedt in α-Nb ₅ Si ₃ , wat in schril contrast staat met Mo ₅ SiB ₂ , ' zegt Kisida.

Dit zou kunnen betekenen α-Nb ₅ Si ₃ is in het nadeel ten opzichte van Mo ₅ SiB ₂ voor gebruik als versterkingscomponent in op metaal gebaseerde legeringen. Kishida en zijn team denken, echter, dat de inherente brosheid van dit materiaal kan worden verbeterd door andere legeringselementen toe te voegen.

Het team is van plan om de benadering te gebruiken om mechanische eigenschappen van andere kristallijne materialen met complexe structuren te bestuderen.