Mikrosøjlekompression til at finde varmetolerante legeringer

Metaller indeholdende niobiumsilicid er lovende materialer, der kan modstå høje temperaturer og forbedre effektiviteten af ​​gasturbiner i kraftværker og fly. Men det har været vanskeligt nøjagtigt at bestemme deres mekaniske egenskaber på grund af deres komplekse krystalstrukturer. Nu, forskere ved Kyoto Universitet i Japan har målt, hvad der sker på mikroniveau, når der påføres tryk på bittesmå prøver af disse materialer. Tilgangen, offentliggjort i tidsskriftet Videnskab og teknologi af avancerede materialer , kunne hjælpe forskere med at opnå de nøjagtige målinger, der er nødvendige for at forstå komplekse krystallers opførsel på atomniveau for at udvikle mere varmetolerante komponenter i gasturbiner.

"Vores resultater viser forkant med forskning i plastisk deformationsadfærd i krystallinske materialer, " siger Kyosuke Kishida, undersøgelsens tilsvarende forfatter.

Plastisk deformation beskriver den forvrængning, der opstår på atomniveau, når en vedvarende kraft påføres en krystal. Det er svært at måle i komplekse krystaller. Kishida og hans kolleger har brugt en ny tilgang til systematisk at måle plastisk deformation i krystaller, der viser lovende brug i højtemperaturgasturbiner.

I dette studie, de målte plastisk deformation i et niobiumsilicid kaldet α-Nb5Si3. Små "mikropiller" af disse krystaller blev udsat for meget små mængder af stress ved hjælp af en maskine med en flad-punch indenter i sin ende. Spændingen blev påført forskellige overflader af prøven for at bestemme, hvor og hvordan plastisk deformation opstår i krystallen. Ved at bruge scanningselektronmikroskopi på prøverne før og efter testen, de var i stand til at detektere de planer og retninger, hvori deformationen fandt sted. Dette blev efterfulgt af simuleringsundersøgelser baseret på teoretiske beregninger for yderligere at forstå, hvad der skete på atomniveau. Endelig, holdet sammenlignede resultaterne med resultaterne af et borholdigt molybdænsilicid (Mo ₅ SiB ₂ ) de tidligere havde undersøgt.

"Vi fandt ud af, at øjeblikkelig fejl opstår ret nemt i α-Nb ₅ Si ₃ , hvilket står i markant kontrast til Mo ₅ SiB ₂ , " siger Kishida.

Dette kunne betyde α-Nb ₅ Si ₃ er ringere stillet i forhold til Mo ₅ SiB ₂ til brug som forstærkende komponent i metalbaserede legeringer. Kishida og hans team tænker, imidlertid, at dette materiales iboende skørhed kunne forbedres ved at tilføje andre legeringselementer.

Holdet planlægger at bruge tilgangen til at studere mekaniske egenskaber af andre krystallinske materialer med komplekse strukturer.