Витримує до 2400°C: новий китайський сплав обіцяє стати майбутнім для гіперзвукових ракет і ядерних реакторів

Китайські дослідники з Сіанського університету Цзяотун створили новий сплав на основі танталу, який зберігає міцність за температур до 2400°C.

Читайте также: Сценаристів Silent Hill f заохочували читати 200 книг на рік: продюсер гри пояснив, навіщо це було потрібно

Сучасні технології, зокрема, гіперзвукові літальні апарати, багаторазові космічні кораблі та передові ракетні двигуни, вимагають матеріалів, здатних витримувати екстремально високі температури. Тантал відомий своєю виключно високою температурою плавлення, яка досягає майже 3000°C. Однак навіть сплави на основі танталу традиційно втрачали міцність за екстремально високих температур.

Тепер китайські дослідники стверджують, що подолали це обмеження, розробивши сплав з оптимізованою внутрішньою мікроструктурою, яка опирається деформації навіть екстремально високих температур. Традиційні високоефективні сплави, такі як нікелеві суперсплави, які широко використовуються в реактивних двигунах, починають втрачати механічну міцність за температур близько 2000°C.

За інформацією SCMP,  дослідники додали до танталу слідові кількості бориду гафнію, який захоплював кисень, утворюючи стабільні частинки оксиду гафнію, й вивільняючи атоми бору, які поширювались по всьому сплаву. Потім ці частинки бору вкривали наночастинки оксиду гафнію, утворюючи захисну оболонку, й запобігаючи втраті міцності за високих температур.

Отриманий сплав за кімнатної температури має межу міцності на розтягування понад 800 МПа, а розтягування може сягати 35%, що полегшує його формування та обробку. За температур 2000-2400°C він зберігав межу плинності на рівні 200 МПа та 100 МПа відповідно.

Новий сплав, як стверджується, зберігає здатність витримувати великі навантаження за температур до 2400°C. Зазвичай метали м’якшають з підвищенням температури, оскільки їхні внутрішні кристалічні структури стають рухливішими. Як тільки температура починає перевищувати близько 60% від точки плавлення, атоми отримують змогу рухатись більш вільно, викликаючи деформацію матеріалу за умов високої напруги.

Читайте также: Повернення до “Темної матерії”: дивіться трейлер другого сезону хітового серіалу на Apple TV

Китайські дослідники зазначають, що новий танталовий сплав був розроблений з ретельно контрольованою мікроскопічною структурою, яка сповільнює процес деформації. Завдяки стабілізації внутрішньої структури матеріалу, сплав зберігає власну міцність навіть в умовах, які зазвичай послаблюють звичайні метали.

Якщо матеріал продемонструє аналогічні характеристики поза лабораторією, він може отримати широке застосування, включно з виготовленням компонентів гіперзвукових ракет, літаків, сопел, камер згорання ракет, систем теплового захисту космічних апаратів, вдосконалених газових турбін та компонентів ядерних реакторів.

Можливість безпечної роботи за таких екстремальних умов підвищить ефективність двигуна, подовжить термін служби компонентів й знизить потребу в охолодженні в складних інженерних умовах. Хоча лабораторні результати виявились дуже перспективними, для подальшого комерційного використання необхідні будуть додаткові випробування.

Дослідники мають продемонструвати, що сплав може бути виготовлений з урахуванням економічної доцільності й витримуватиме багаторазові цикли нагріву й охолодження, зберігатиме стійкість до окиснення й корозії й надійно працюватиме упродовж тривалого часу. Тантал сам по собі доволі дорогий, отже будь-яке масштабне промислове використання залежатиме від змоги знизити промислові витрати без шкоди для виробничого процесу.

Результати дослідження опубліковані в журналі Nature

Читайте также: Ubisoft заявила, що Assassin’s Creed Black Flag Resynced перевершила річний план продажів всього за два

Джерело: SCMP; Interesting Engineering