Keramiikka
Keramiikalla on tärkeä merkitys moottoritehokkuudessa ja autojen ja kuorma-autojen pilaantumisen vähentämisessä. Esimerkiksi yhden tyyppistä keraamista, kordieriittia (magnesiumaluminosilikaattia) käytetään substraattina ja kantajana katalyytteille katalysaattoreissa. Se valittiin tätä tarkoitusta varten, koska se on monien keraamisten tuotteiden lisäksi myös kevyt, se voi toimia erittäin korkeissa lämpötiloissa sulamatta ja johtaa lämmitystä huonosti (auttaa pitämään poistoilman lämpöä katalyyttisen tehokkuuden parantamiseksi). Keramiikan uudessa sovelluksessa sylinterin seinä valmistettiin läpinäkyvästä safiirista (alumiinioksidista) General Motorsin tutkijoiden toimesta bensiinimoottorin polttokammion sisäisen toiminnan tutkimiseksi visuaalisesti. Tarkoituksena oli parantaa polttonesteen hallinnan ymmärrystä, mikä lisäisi polttomoottoreiden tehokkuutta.
Toinen keramiikan sovellus autoteollisuuden tarpeisiin on keraaminen anturi, jota käytetään mittaamaan pakokaasujen happipitoisuutta. Keraamisella, yleensä zirkoniumoksidilla, johon on lisätty pieni määrä ytriumia, on ominaisuus tuottaa jännite, jonka suuruus riippuu materiaalia ympäröivän hapen osapaineesta. Tällaisesta anturista saatua sähkösignaalia käytetään sitten moottorin polttoaineen ja ilman suhteen säätämiseen tehokkaimman toiminnan aikaansaamiseksi.
Keramiikkaa ei haurautensa vuoksi ole käytetty suuressa määrin maantiekuljetusvälineissä kantaviin komponentteihin. Ongelma on edelleen haaste, jonka tulevaisuuden materiaalitieteilijät voivat ratkaista.
Ilmailualan materiaalit
Ensisijainen tavoite ilmailu- ja avaruusteollisuuden materiaalien valinnassa on polttoainetehokkuuden parantaminen ajettavan matkan ja kuljetetun hyötykuorman lisäämiseksi. Tämä tavoite voidaan saavuttaa kehityksellä kahdella rintamalla: lisääntynyt moottorin hyötysuhde korkeampien käyttölämpötilojen ja pienemmän rakenteellisen painon ansiosta. Näiden tarpeiden täyttämiseksi materiaalitutkijat etsivät materiaaleja kahdelta laajalta alueelta - metalliseoksista ja edistyneistä komposiittimateriaaleista. Keskeinen tekijä näiden uusien materiaalien kehityksessä on kasvava kyky räätälöidä materiaaleja tiettyjen ominaisuuksien saavuttamiseksi.
metallit
Monet lentokoneissa tällä hetkellä käytetyistä edistyneistä metalleista on suunniteltu erityisesti kaasuturbiinimoottoreiden sovelluksiin, joiden komponentit ovat alttiina korkeille lämpötiloille, syövyttäville kaasuille, tärinälle ja suurille mekaanisille kuormituksille. Varhaisten suihkumoottorien ajanjaksolla (noin 1940 - 1970) suunnitteluvaatimukset täytettiin kehittämällä pelkästään uusia seoksia. Mutta edistyneiden käyttövoimajärjestelmien tiukemmat vaatimukset ovat ajaneet sellaisten uusien seosten kehittämisen, jotka kestävät yli 1 000 ° C (1800 ° F) lämpötiloja, ja tällaisten seosten rakenteellista suorituskykyä on parannettu sulamis- ja jähmettämisprosessien kehityksellä..
Sulava ja kiinteytyvä
Seokset ovat aineita, jotka koostuvat kahdesta tai useammasta metallista tai metallista ja ei-metallista, jotka ovat läheisessä yhteydessä toisiinsa, yleensä liuottamalla toisiinsa sulaessaan. Sulamisen päätavoitteet ovat epäpuhtauksien poistaminen ja seostavien aineosien sekoittaminen homogeenisesti epäjaloa metallia. Suuri edistysaskel on tapahtunut kehittämällä uusia prosesseja, jotka perustuvat sulattamiseen tyhjössä (kuuma isostaattinen puristus), nopeaan jähmettymiseen ja suuntaiseen jähmettymiseen.
Kuumassa isostaattisessa puristamisessa esiseostetut jauheet pakataan ohutseinäisiin, kokoontaittuviin astioihin, jotka asetetaan korkean lämpötilan tyhjiöön adsorboituneiden kaasumolekyylien poistamiseksi. Sitten se suljetaan ja laitetaan puristimeen, jossa se altistetaan erittäin korkeille lämpötiloille ja paineille. Muotti romahtaa ja hitsaa jauheen yhdessä haluttuun muotoon.
Sulametallit, jotka ovat jäähtyneet jopa miljoonalla asteella sekunnissa, pyrkivät kiinteytymään suhteellisen homogeeniseksi mikrorakenteeksi, koska kiteisten jyvien ytimeen muodostumiseen ja kasvuun ei ole riittävästi aikaa. Tällaiset homogeeniset materiaalit ovat yleensä vahvempia kuin tyypilliset ”rakeiset” metallit. Nopeat jäähdytysnopeudet voidaan saavuttaa “läpijäähdytyksellä”, jossa sula pisarat ulkonevat kylmälle pinnalle. Nopea lämmitys ja jähmettyminen voidaan saavuttaa myös johtamalla suuritehoisia lasersäteitä materiaalin pinnan yli.
Toisin kuin komposiittimateriaalit (katso jäljempänä komposiitit), rakemetallien ominaisuudet ovat oleellisesti samat kaikissa suunnissa, joten niitä ei voida räätälöidä vastaamaan odotettuja kuormitusreittejä (ts. Tiettyihin suuntiin kohdistuvia rasituksia). Suuntaiseen kiinteyttämiseen kutsuttu tekniikka tarjoaa kuitenkin tietyn räätälöitävyyden. Tässä prosessissa muotin lämpötilaa säädetään tarkasti edistämään kohdistettujen jäykien kiteiden muodostumista sulan metallin jäähtyessä. Ne vahvistavat komponenttia kohdistussuunnassa samalla tavalla kuin kuidut vahvistavat komposiittimateriaaleja.
seostus
Näitä prosessoinnin edistyksiä on seurannut uusien "superseosten" kehittäminen. Superseokset ovat erittäin lujia, usein monimutkaisia seoksia, jotka kestävät korkeita lämpötiloja ja vaikeaa mekaanista rasitusta ja joilla on korkea pinnanvakaus. Ne luokitellaan yleensä kolmeen pääluokkaan: nikkeli-, koboltti- ja rautapohjaiset. Nikkelipohjaiset superseokset ovat pääosin suihkumoottorien turbiiniosassa. Vaikka niillä on vain luontaisesti hapettumiskestävyys korkeissa lämpötiloissa, ne saavat toivotut ominaisuudet lisäämällä kobolttia, kromia, volframia, molybdeeniä, titaania, alumiinia ja niobiumia.
Alumiini-litiumseokset ovat jäykempiä ja vähemmän tiheitä kuin perinteiset alumiiniseokset. Ne ovat myös ”superplastisia” hienojakoisen koon vuoksi, joka voidaan nyt saavuttaa prosessoinnissa. Tämän ryhmän seokset ovat sopivia käytettäväksi moottorikomponenteissa, jotka ovat alttiina keskilämpötiloille; niitä voidaan käyttää myös siipi- ja vartalohoissa.
Titaaniseoksia, sellaisena kuin ne on muunnettu kestämään korkeita lämpötiloja, käytetään yhä enemmän turbiinimoottoreissa. Niitä käytetään myös ilmakehyksissä, pääasiassa sotilaslentokoneissa, mutta jossain määrin myös kaupallisissa lentokoneissa.
