Za badaniami stoi zespół naukowców z Xi'an Jiaotong University, który skupił się na stopie bazującym na tantalu. Ten niezwykły pierwiastek już od dawna jest ceniony w przemyśle ze względu na bardzo wysoką temperaturę topnienia wynoszącą niemal 3000°C. Problem polegał jednak na tym, że nawet stopy tantalu wraz ze wzrostem temperatury stopniowo traciły swoje właściwości mechaniczne.
Materiał mógł przetrwać ekstremalne warunki cieplne, ale stawał się zbyt miękki, aby skutecznie przenosić duże obciążenia. Chińscy badacze twierdzą jednak, że udało im się rozwiązać ten problem dzięki precyzyjnemu zaprojektowaniu wewnętrznej mikrostruktury stopu.
Metal, który zachowuje siłę w ekstremalnym środowisku
W większości metali wzrost temperatury powoduje większą ruchliwość atomów w strukturze krystalicznej. W efekcie materiał zaczyna się odkształcać pod wpływem obciążenia. Zjawisko to staje się szczególnie wyraźne po przekroczeniu około 60 proc. temperatury topnienia danego metalu. Nowy stop tantalu został zaprojektowany tak, aby ograniczyć te procesy.
Stabilniejsza struktura wewnętrzna pozwala mu zachować wytrzymałość nawet w warunkach, które dla wielu innych materiałów oznaczałyby utratę właściwości. Według naukowców materiał może utrzymywać zdolność do przenoszenia dużych obciążeń przy temperaturach dochodzących do 2400°C, co stanowi duży postęp względem obecnie stosowanych stopów wysokotemperaturowych.
Zobacz również:
Szansa dla rakiet, samolotów hipersonicznych i energetyki
Nowy materiał może znaleźć zastosowanie w najbardziej wymagających gałęziach przemysłu. Potencjalne wykorzystanie obejmuje między innymi: elementy silników rakietowych i komór spalania, części samolotów hipersonicznych, osłony termiczne statków kosmicznych, turbiny gazowe nowej generacji czy komponenty przyszłych reaktorów jądrowych. Materiały odporne na ekstremalne temperatury pozwalają bowiem projektować wydajniejsze silniki, ograniczać konieczność stosowania rozbudowanych systemów chłodzenia oraz wydłużać żywotność podzespołów.
Choć wyniki badań opublikowane w prestiżowym czasopiśmie Nature są bardzo obiecujące, droga do masowej produkcji to wciąż odległa przyszłość. Naukowcy muszą najpierw sprawdzić, czy stop zachowa swoje właściwości podczas wielokrotnych cykli nagrzewania i chłodzenia, a także czy będzie odporny na utlenianie i korozję. Dużym wyzwaniem pozostaje również cena. Tantal należy do drogich materiałów, dlatego zastosowanie nowego stopu na szeroką skalę będzie zależało od możliwości obniżenia kosztów produkcji.
