Innovativer Werkstoff trotzt Hitze und Kälte
Flugzeugturbinen und Kraftwerke werden dank Lawrence Berkeley National Laboratory effektiver
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Struktur der neuen Legierung ähnelt einem abstrakten Gemälde (Foto: lbl.gov) |
Berkeley (pte038/30.04.2024/11:30)
Forscher mehrerer US-Hochschulen unter der Leitung von Robert Ritchie vom Lawrence Berkeley National Laboratory haben einen neuen Hochleistungswerkstoff für Flugzeugturbinen und Kraftwerke entwickelt, der Hitze und Kälte trotzt. Die neue Legierung besteht aus Niob, Tantal, Titan und Hafnium. Sie hat Eigenschaften, die bisher nicht vorstellbar waren.
Sowohl bei extrem heißen als auch extrem kalten Temperaturen hat sie eine Festigkeit und Zähigkeit. Die Biege- und Bruchfestigkeit der Legierung könnte die Tür zu einer neuen Klasse von Werkstoffen für Motoren der nächsten Generation öffnen, die mit höherem Wirkungsgrad arbeiten, hoffen die Wissenschaftler.
"Knickzonen" verteilen Kraft
Elektronenmikroskopische Daten zeigen, dass die ungewöhnliche Zähigkeit der Legierung auf den unerwarteten Nebeneffekt eines seltenen Defekts zurückzuführen ist, der als "Knickzone" bezeichnet wird. Dadurch wird das Material normalerweise spröder, sodass sich ein Riss leicht ausbreitet. In diesem Fall trat jedoch genau das Gegenteil ein.
"Wir konnten zum ersten Mal zeigen, dass Knickzonen der Ausbreitung eines Risses widerstehen, indem sie die Kräfte verteilen", so Ritchie. Bei moderaten Temperaturen stellt ich dieser Effekt locker ein. Wenn man beispielsweise eine Büroklammer verbiegt, reißt sie nicht. Bei niedrigen Temperaturen wird Material in der Regel jedoch spröder, sodass es leichter bricht. "Aus diesem Grund zerbrach der Stahlrumpf der Titanic, als sie einen Eisberg rammte", so Ritchie. Die neue Legierung bricht selbst dann nicht, wenn sie bei minus 196 Grad Celsius verformt wird. Ebenso bleibt sie heil, wenn die Temperatur weit über 1.000 Grad Celsius ansteigt.
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