Keramika
Keramika hraje důležitou roli v účinnosti motorů a snižování znečištění v automobilech a nákladních vozech. Jako substrát a nosič pro katalyzátory v katalyzátorech se například používá jeden typ keramiky, kordierit (hlinitokřemičitan hořečnatý). Byl vybrán pro tento účel, protože spolu s mnoha keramickými materiály je lehký, může pracovat při velmi vysokých teplotách bez roztavení a špatně vede teplo (pomáhá udržovat odpadní teplo pro zlepšení katalytické účinnosti). V nové aplikaci keramiky byla stěna válce vyrobena z průhledného safíru (oxidu hlinitého) výzkumníky General Motors, aby bylo možné vizuálně prozkoumat vnitřní fungování spalovací komory benzínového motoru. Záměrem bylo dospět k lepšímu porozumění řízení spalování, což vedlo k větší účinnosti spalovacích motorů.
Další aplikací keramiky pro automobilové potřeby je keramický senzor, který se používá k měření obsahu kyslíku ve výfukových plynech. Keramika, obvykle oxid zirkoničitý, ke kterému bylo přidáno malé množství yttria, má vlastnost produkovat napětí, jehož velikost závisí na parciálním tlaku kyslíku obklopujícího materiál. Elektrický signál získaný z takového senzoru se potom použije k řízení poměru palivo-vzduch v motoru, aby se dosáhlo nejúčinnějšího provozu.
Keramika se kvůli své křehkosti do velké míry nepoužívá jako nosné součásti v pozemních dopravních prostředcích. Problém zůstává výzvou, kterou musí vědci z oblasti materiálů do budoucna vyřešit.
Materiály pro letectví a kosmonautiku
Primárním cílem při výběru materiálů pro letecké a kosmické konstrukce je zvýšení palivové účinnosti ke zvýšení ujeté vzdálenosti a užitečného zatížení. Tohoto cíle lze dosáhnout vývojem na dvou frontách: zvýšená účinnost motoru prostřednictvím vyšších provozních teplot a snížená hmotnost konstrukce. V zájmu uspokojení těchto potřeb vědci zkoumají materiály ve dvou širokých oblastech - slitiny kovů a pokročilé kompozitní materiály. Klíčovým faktorem přispívajícím k rozvoji těchto nových materiálů je rostoucí schopnost přizpůsobit materiály tak, aby dosahovaly specifických vlastností.
Kovy
Mnoho moderních kovů, které se v současnosti používají v letadlech, bylo navrženo speciálně pro aplikace v motorech s plynovými turbínami, jejichž součásti jsou vystaveny vysokým teplotám, korozivním plynům, vibracím a vysokým mechanickým zatížením. Během období raných proudových motorů (od asi 1940 do 1970) byly konstrukční požadavky splněny pouze vývojem nových slitin. Avšak přísnější požadavky na moderní pohonné systémy poháněly vývoj nových slitin, které vydrží teploty vyšší než 1 000 ° C (1 800 ° F), a strukturální výkon těchto slitin byl zlepšen vývojem procesů tavení a tuhnutí..
Tání a tuhnutí
Slitiny jsou látky složené ze dvou nebo více kovů nebo kovu a nekovů, které jsou důvěrně sjednoceny, obvykle rozpuštěním v sobě, když jsou roztaveny. Hlavním cílem tání je odstranit nečistoty a homogenně promísit legující přísady v základním kovu. Největší pokrok byl učiněn s vývojem nových procesů založených na tání ve vakuu (horké izostatické lisování), rychlé tuhnutí a směrové tuhnutí.
Při horkém izostatickém lisování se předběžně legované prášky plní do tenkostěnné skládací nádoby, která se umístí do vysokoteplotního vakua, aby se odstranily molekuly adsorbovaného plynu. Poté se uzavře a vloží do lisu, kde je vystavena velmi vysokým teplotám a tlakům. Forma se zhroutí a svařuje prášek dohromady v požadovaném tvaru.
Roztavené kovy chlazené rychlostí až milion stupňů za sekundu mají tendenci tuhnout do relativně homogenní mikrostruktury, protože není dostatek času pro krystalická zrna na nukleaci a růst. Takové homogenní materiály bývají silnější než typické „zrnité“ kovy. Rychlého ochlazování lze dosáhnout chlazením „splat“, při kterém se roztavené kapičky promítají na chladný povrch. Rychlého zahřívání a tuhnutí lze také dosáhnout průchodem vysoce výkonných laserových paprsků přes povrch materiálu.
Na rozdíl od kompozitních materiálů (viz níže Kompozity), zrnité kovy vykazují vlastnosti, které jsou v podstatě stejné ve všech směrech, takže je nelze přizpůsobit tak, aby odpovídaly očekávaným drahám zatížení (tj. Napětí aplikovaná ve specifických směrech). Technika zvaná směrové tuhnutí však poskytuje určitý stupeň přizpůsobitelnosti. V tomto procesu je teplota formy přesně řízena, aby se podpořila tvorba zarovnaných tuhých krystalů při ochlazování roztaveného kovu. Ty slouží k vyztužení součásti ve směru vyrovnání stejným způsobem jako vlákna vyztužují kompozitní materiály.
Přidělení
Tyto pokroky ve zpracování byly doprovázeny vývojem nových „superslitin“. Superslitiny jsou vysoce pevné, často komplexní slitiny, které jsou odolné vůči vysokým teplotám a silnému mechanickému namáhání a které vykazují vysokou povrchovou stabilitu. Obvykle se dělí do tří hlavních kategorií: na bázi niklu, kobaltu a železa. V turbínové části proudových motorů převládají slitiny na bázi niklu. I když mají malou vlastní odolnost proti oxidaci při vysokých teplotách, získávají žádoucí vlastnosti přidáním kobaltu, chrómu, wolframu, molybdenu, titanu, hliníku a niobu.
Slitiny hliníku a lithia jsou tužší a méně husté než běžné slitiny hliníku. Jsou také „superplastické“, a to díky velikosti jemných zrn, které lze nyní dosáhnout zpracováním. Slitiny v této skupině jsou vhodné pro použití v součástech motoru vystavených středně vysokým až vysokým teplotám; mohou být také použity v kůží křídla a těla.
Slitiny titanu, upravené tak, aby odolávaly vysokým teplotám, jsou častěji používány v turbínových motorech. Oni jsou také zaměstnáni v drakech letadla, primárně pro vojenská letadla, ale do jisté míry pro komerční letadla.
