Газовые турбины — это двигатели, вырабатывающие электроэнергию на электростанциях. Рабочие температуры их систем сгорания могут превышать 1600 ° C. Лопатки турбины на никелевой основе, используемые в этих системах, плавятся при температурах на 200 ° C ниже, и поэтому для их работы требуется воздушное охлаждение. Лопатки турбины, изготовленные из материалов с более высокими температурами плавления, потребуют меньшего расхода топлива и приведут к снижению выбросов CO2.
Материаловеды из Японского университета Киото исследовали свойства различных составов силицидов молибдена с дополнительными тройными элементами и без них.
Предыдущие исследования показали, что изготовление композитов на основе силицида молибдена путем прессования и нагрева их порошков — известное как порошковая металлургия — улучшило их сопротивление разрушению при температурах окружающей среды, но снизило их высокотемпературную прочность из-за образования слоев диоксида кремния внутри материал.
Команда Киотского университета изготовила материалы на основе силицида молибдена, используя метод, известный как «направленное отверждение», при котором расплавленный металл постепенно затвердевает в определенном направлении.
Команда обнаружила, что гомогенный материал можно сформировать, контролируя скорость затвердевания композита на основе силицида молибдена во время изготовления и регулируя количество тройного элемента, добавляемого в композит.
Полученный материал начинает пластически деформироваться при одноосном сжатии выше 1000 ° C. Также повышается жаропрочность материала за счет улучшения микроструктуры.
Добавление тантала в композит более эффективно, чем добавление ванадия, ниобия или вольфрама, для повышения прочности материала при температурах около 1400 ° C. Сплавы, изготовленные командой Университета Киото, намного прочнее при высоких температурах, чем современные суперсплавы на основе никеля, а также недавно разработанные сверхвысокотемпературные конструкционные материалы, сообщают исследователи в своем исследовании, опубликованном в журнале Science and Technology of Advanced Materials.