Moderne turbines voor vliegtuigen en stroomopwekking zijn afhankelijk van nauwkeurig bewerkte onderdelen die bestand zijn tegen zware mechanische krachten in omgevingen met hoge temperaturen. Vaak, hogere bedrijfstemperaturen leiden tot efficiëntere prestaties. Dit motiveert de zoektocht naar nieuwe metaallegeringen bij ultrahoge temperaturen die hun vorm en sterkte kunnen behouden bij temperaturen waar gewoon staal zou smelten.

Voortbouwend op hun onderzoek naar een veelbelovende gemengde legering, een team van onderzoekers van de universiteit van Osaka heeft een nieuwe doorbraak bereikt door metalen toe te voegen om een ​​unieke structuur te genereren die uitzonderlijke prestaties vertoont.

"Onze vorige legering was een mengsel van verschillende overgangsmetaaldisiliciden, die in een lamellaire structuur waren gerangschikt, " zegt hoofdauteur Koji Hagihara. "Hoewel de prestaties van de legering goed waren, het voldeed niet aan de eisen voor taaiheid bij kamertemperatuur en vertoonde toch enige vervorming bij zeer hoge temperaturen."

Overgangsmetaaldisiliciden zijn lichtgewicht legeringen met een goede weerstand tegen hoge temperaturen, bij uitstek geschikt voor toepassingen bij ultrahoge temperaturen. Het Osaka-team combineerde eerder twee verschillende soorten overgangsmetaaldisiliciden om een ​​microscopische structuur te vormen met afwisselende lagen van verschillende legeringskristal. Deze "lamellaire" opstelling verbeterde de sterkte van de legering, maar er bleven enkele problemen over vanwege de lage sterkte langs de richting evenwijdig aan de tweefaseninterface.

Nutsvoorzieningen, het team heeft twee nieuwe metalen aan het legeringsmengsel toegevoegd om een ​​"cross-lamellaire microstructuur" te vormen. De toegevoegde metalen zorgen ervoor dat nieuwe kristallen groeien, die de kristallaagstructuur binnendringen, vergelijkbaar met nietjes die een stapel papier doorboren. Dit effect voorkomt de vervorming parallel aan het lamellaire grensvlak en verbetert de mechanische prestaties van de legering aanzienlijk.

"Andere onderzoekers zouden kennis moeten nemen van deze unieke cross-lamellaire microstructuur als een manier om de kruipsterkte bij hoge temperatuur en de breuktaaiheid in legeringen bij ultrahoge temperaturen te verbeteren, ", zegt groepsleider Takayoshi Nakano. "De prestaties van onze legering komen nu dichter in de buurt van de eisen van praktische technische toepassingen. De efficiëntiewinst door het gebruik van materialen met ultrahoge temperatuur in gasturbines en straalmotoren kan een reële impact hebben op de CO2-uitstoot en de opwarming van de aarde."