Kerámia
A kerámiák fontos szerepet játszanak a motorok hatékonyságában és a gépjárművek és teherautók szennyezésének csökkentésében. Például az egyik kerámia típusú kordierit (magnézium-alumínium-szilikát) szubsztrátként és hordozóként szolgál a katalizátorok katalizátorai számára. Erre a célra választották, mert sok kerámiával együtt könnyű, nagyon magas hőmérsékleten működhet olvadás nélkül, és rosszul vezet hővel (segítve a kipufogóhő megtartását a jobb katalitikus hatékonyság érdekében). A kerámia új alkalmazásánál a hengerfalat átlátszó zafírból (alumínium-oxidból) készítették a General Motors kutatói, hogy vizuálisan megvizsgálják a benzinmotor égésterének belső működését. A cél az égésvezérlés jobb megértése volt, amely a belső égésű motorok nagyobb hatékonyságához vezet.
A kerámia másik alkalmazása autóipari igényekhez egy kerámia szenzor, amelyet a kipufogógázok oxigéntartalmának mérésére használnak. A kerámia, általában cirkónium-oxid, amelybe kis mennyiségű ittriumot adtak, azzal a tulajdonsággal rendelkezik, hogy olyan feszültséget hoz létre, amelynek nagysága az anyagot körülvevő oxigén parciális nyomásától függ. Az ilyen érzékelőktől kapott elektromos jelet ezután a motor üzemanyag-levegő arányának ellenőrzésére használják a leghatékonyabb működés elérése érdekében.
Törékenységük miatt a kerámiákat a földi szállítójárművekben nem használták teherhordó alkatrészekként. A probléma továbbra is kihívás, amelyet a jövő anyagtudósai megoldanak.
Anyagok a repüléshez
A repülés és űrrepülés szerkezetének anyagainak kiválasztásánál az elsődleges cél az üzemanyag-hatékonyság javítása a megtett távolság és a szállított hasznos teher növelése érdekében. Ezt a célt két fronton történő fejlesztéssel lehet elérni: a motor nagyobb hatékonysága a magasabb üzemi hőmérsékleten és a csökkent szerkezeti súlyon keresztül. Ezen igények kielégítése érdekében az anyagtudósok két széles területen vizsgálják az anyagokat - fémötvözetek és fejlett kompozit anyagok. Az új anyagok fejlődéséhez kulcsfontosságú tényező az, hogy növekszik az anyagok testreszabási képessége a meghatározott tulajdonságok elérése érdekében.
Metals
A repülőgépekben jelenleg alkalmazott fejlett fémek nagy részét kifejezetten gázturbinás motorokban történő alkalmazásra tervezték, amelyek alkatrészei magas hőmérsékleti, korrozív gázok, rezgések és nagy mechanikai terheléseknek vannak kitéve. A korai sugárhajtóművek időszakában (kb. 1940-től 1970-ig) a tervezési követelményeket csak új ötvözetek fejlesztése teljesítette. A fejlett meghajtó rendszerek szigorúbb követelményei azonban olyan új ötvözetek kifejlesztését ösztönözték, amelyek ellenállnak az 1000 ° C-nál (1800 ° F) magasabb hőmérsékleten, és az ilyen ötvözetek szerkezeti teljesítményét javították az olvadási és megszilárdulási folyamatok fejlesztései..
Olvadás és megszilárdulás
Az ötvözetek olyan anyagok, amelyek két vagy több fémből vagy egy fémből és egy nem fémből állnak, amelyek szorosan egyesülnek, általában olvadás közben egymással feloldódnak. Az olvadás fő célja a szennyeződések eltávolítása és az ötvöző alkotóelemek homogenikus keverése a nem nemesfémekben. Jelentős előrelépés történt az új eljárások kifejlesztésével, amelyek vákuumban történő olvadáson (forró izosztatikus sajtolás), gyors megszilárduláson és irányított megszilárdításon alapulnak.
Forró izosztatikus sajtolás során az elő-ötvözött porokat egy vékony falú, összecsukható tartályba csomagolják, amelyet magas hőmérsékleten vákuumba helyeznek az adszorbeált gázmolekulák eltávolítása céljából. Ezután lezárják, és egy présbe helyezik, ahol nagyon magas hőmérsékletnek és nyomásnak vannak kitéve. A forma összeomlik és összehegeszti a port a kívánt alakban.
Az olvadt fémek másodpercenként akár millió fokos sebességgel lehűtve hajlamosak megszilárdulni egy viszonylag homogén mikroszerkezetre, mivel nincs elég idő ahhoz, hogy a kristályos szemcsék megmaradjanak és növekedjenek. Az ilyen homogén anyagok általában erősebbek, mint a tipikus „szemcsés” fémek. A gyors hűtési sebességet „fröccsöntéssel” lehet elérni, amelyben az olvadt cseppek egy hideg felületre terülnek ki. A gyors melegítés és megszilárdulás nagy teljesítményű lézernyalábok átvezetésével érhető el az anyag felületén.
A kompozit anyagoktól eltérően (lásd az alábbiakat a kompozitoknál) a szemcsés fémek tulajdonságai lényegében azonosak minden irányban, tehát nem igazíthatók úgy, hogy megfeleljenek a várt terhelési útvonalaknak (azaz a meghatározott irányokban alkalmazott feszültségeknek). Az irányított megszilárdításnak nevezett technika azonban bizonyos fokú testreszabhatóságot biztosít. Ebben az eljárásban az öntőforma hőmérsékletét pontosan szabályozzuk, hogy elősegítsük az igazított merev kristályok képződését az olvadt fém lehűlésekor. Ezek ugyanúgy erősítik az alkatrészt az igazítás irányában, mint a szálak megerősítik a kompozit anyagokat.
ötvözés
A feldolgozás ezen előrelépéseit új „szuperötvözetek” kifejlesztése kísérte. A szuper ötvözetek nagy szilárdságú, gyakran összetett ötvözetek, amelyek ellenállnak a magas hőmérsékleteknek és a súlyos mechanikai igénybevételnek, és nagy felületi stabilitással rendelkeznek. Általában három fő kategóriába sorolhatók: nikkel-, kobalt- és vasalapúak. A nikkel-alapú szuperötvözetek dominálnak a sugárhajtóművek turbina szakaszában. Bár magas hőmérsékleten csekély a belső oxidációs ellenállásuk, kobalt, króm, volfrám, molibdén, titán, alumínium és niobium hozzáadásával kívánatos tulajdonságokat szereznek.
Az alumínium-lítiumötvözetek merevebbek és kevésbé sűrűek, mint a hagyományos alumíniumötvözetek. Ezenkívül „szuperplasztikusak” a finom szemcseméretnek köszönhetően, amelyet a feldolgozás során el lehet érni. Az ebbe a csoportba tartozó ötvözetek megfelelőek a motor alkatrészeihez, amelyek közepes és magas hőmérsékleteknek vannak kitéve; szárnyas és testbőrben is felhasználhatók.
A magas hőmérsékletekkel szemben átalakított titánötvözetek növekvő felhasználása tapasztalható turbina motorokban. Használják őket repülőgépkeretekben is, elsősorban katonai repülőgépekhez, de bizonyos mértékben kereskedelmi repülőgépekhez is.
