keramika
Keramika hrá dôležitú úlohu v účinnosti motorov a znižovaní znečistenia automobilov a nákladných automobilov. Napríklad jeden typ keramiky, kordierit (hlinitokremičitan horečnatý), sa používa ako substrát a nosič pre katalyzátory v katalyzátoroch. Bola vybraná na tento účel, pretože spolu s mnohými keramickými výrobkami je ľahká, môže pracovať pri veľmi vysokých teplotách bez topenia a vedie slabo teplo (pomáha zadržiavať odpadové teplo pre zlepšenie katalytickej účinnosti). V novej aplikácii keramiky bola stena valca vyrobená z priehľadného zafíru (oxidu hlinitého) výskumníkmi General Motors, aby sa vizuálne preskúmali vnútorné fungovanie spaľovacej komory benzínového motora. Zámerom bolo dospieť k lepšiemu porozumeniu riadenia spaľovania, čo vedie k väčšej účinnosti spaľovacích motorov.
Ďalšou aplikáciou keramiky na automobilové potreby je keramický senzor, ktorý sa používa na meranie obsahu kyslíka vo výfukových plynoch. Keramika, zvyčajne oxid zirkoničitý, ku ktorej bolo pridané malé množstvo ytria, má tú vlastnosť, že vytvára napätie, ktorého veľkosť závisí od parciálneho tlaku kyslíka obklopujúceho materiál. Elektrický signál získaný z takého senzora sa potom použije na reguláciu pomeru palivo-vzduch v motore, aby sa dosiahla najúčinnejšia prevádzka.
Keramika sa z dôvodu svojej krehkosti do veľkej miery nepoužíva ako nosné komponenty v pozemných dopravných prostriedkoch. Tento problém zostáva výzvou, ktorú musia vyriešiť vedci materiálov v budúcnosti.
Materiály pre letectvo
Hlavným cieľom pri výbere materiálov pre letecké a kozmické konštrukcie je zvýšenie palivovej účinnosti s cieľom zvýšiť prejdenú vzdialenosť a dodané užitočné zaťaženie. Tento cieľ sa dá dosiahnuť vývojom na dvoch frontoch: zvýšená účinnosť motora vďaka vyšším prevádzkovým teplotám a znížená konštrukčná hmotnosť. S cieľom uspokojiť tieto potreby vedci materiálov skúmajú materiály v dvoch širokých oblastiach - zliatiny kovov a pokročilé kompozitné materiály. Kľúčovým faktorom prispievajúcim k rozvoju týchto nových materiálov je rastúca schopnosť prispôsobiť materiály tak, aby sa dosiahli konkrétne vlastnosti.
kovy
Mnoho moderných kovov, ktoré sa v súčasnosti používajú v lietadlách, bolo navrhnutých špeciálne pre aplikácie v plynových turbínach, ktorých komponenty sú vystavené vysokým teplotám, korozívnym plynom, vibráciám a vysokým mechanickým zaťaženiam. Počas obdobia prvých prúdových motorov (od asi 1940 do 1970) boli konštrukčné požiadavky splnené len vývojom nových zliatin. Prísnejšie požiadavky moderných pohonných systémov však viedli k vývoju nových zliatin, ktoré dokážu odolať teplotám vyšším ako 1 000 ° C (1 800 ° F), a štrukturálny výkon týchto zliatin sa zlepšil vývojom procesov tavenia a tuhnutia.,
Tavenie a tuhnutie
Zliatiny sú látky, ktoré sa skladajú z dvoch alebo viacerých kovov alebo z kovu a z nekovov, ktoré sú dôverne spojené, obvykle sa navzájom rozpúšťajú, keď sa tavia. Hlavným cieľom tavenia je odstránenie nečistôt a homogénne premiešanie legujúcich prísad v základnom kove. Významný pokrok sa dosiahol vo vývoji nových procesov založených na tavení vo vákuu (izostatické lisovanie za horúca), rýchle tuhnutie a smerové tuhnutie.
Za horúceho izostatického lisovania sa predzliatinové prášky plnia do tenkostennej skladacej nádoby, ktorá sa umiestni do vysokoteplotného vákua na odstránenie molekúl adsorbovaného plynu. Potom sa uzavrie a vloží do lisu, kde je vystavený veľmi vysokým teplotám a tlakom. Forma sa zrúti a zvarí prášok k sebe v požadovanom tvare.
Roztavené kovy chladené rýchlosťou až 1 000 stupňov za sekundu majú tendenciu tuhnúť na relatívne homogénnu mikroštruktúru, pretože nie je dostatok času na to, aby kryštalické zrná nukleatovali a rástli. Takéto homogénne materiály majú tendenciu byť silnejšie ako typické „zrnité“ kovy. Rýchle chladenie sa dá dosiahnuť chladením „splat“, pri ktorom sa roztavené kvapky premietajú na chladný povrch. Rýchle zahrievanie a tuhnutie sa dá dosiahnuť aj prechodom vysoko výkonných laserových lúčov cez povrch materiálu.
Na rozdiel od kompozitných materiálov (pozri nižšie Kompozity), zrnité kovy vykazujú vlastnosti, ktoré sú v podstate rovnaké vo všetkých smeroch, takže ich nemožno prispôsobiť tak, aby zodpovedali očakávaným dráhám zaťaženia (tj namáhania aplikované v konkrétnych smeroch). Technika nazývaná smerové tuhnutie však poskytuje určitý stupeň prispôsobiteľnosti. V tomto procese je teplota formy presne regulovaná, aby sa podporila tvorba vyrovnaných tuhých kryštálov pri ochladení roztaveného kovu. Tieto slúžia na vystuženie zložky v smere vyrovnania rovnakým spôsobom ako vlákna vystužujú kompozitné materiály.
zlievanie
Tieto pokroky v spracovaní boli sprevádzané vývojom nových „superzliatin“. Superzliatiny sú vysokopevnostné, často komplexné zliatiny, ktoré sú odolné voči vysokým teplotám a silnému mechanickému namáhaniu a ktoré vykazujú vysokú stabilitu povrchu. Zvyčajne sa klasifikujú do troch hlavných kategórií: na báze niklu, kobaltu a železa. V turbínovej časti prúdových motorov prevažujú superzliatiny na báze niklu. Aj keď majú nízku vlastnú odolnosť proti oxidácii pri vysokých teplotách, získajú žiaduce vlastnosti pridaním kobaltu, chrómu, volfrámu, molybdénu, titánu, hliníka a nióbu.
Zliatiny hliníka a lítia sú tuhšie a menej husté ako bežné zliatiny hliníka. Sú tiež „superplastické“ vzhľadom na veľkosť jemných zŕn, ktoré sa teraz dajú dosiahnuť spracovaním. Zliatiny v tejto skupine sú vhodné na použitie v komponentoch motora vystavených stredným až vysokým teplotám; môžu byť tiež použité v koži krídla a tela.
Zliatiny titánu upravené tak, aby odolali vysokým teplotám, sa v turbínových motoroch stále častejšie používajú. Používajú sa tiež v drakoch lietadiel, predovšetkým vo vojenských lietadlách, ale do určitej miery aj v obchodných lietadlách.
