Forskere ved Kyoto Universitet har fundet ud af, at molybdænsilicider kan forbedre effektiviteten af ​​turbineblade i ultrahøje temperaturforbrændingssystemer.

Gasturbiner er de motorer, der genererer elektricitet i kraftværker. Driftstemperaturerne for deres forbrændingssystemer kan overstige 1600 °C. De nikkelbaserede turbinevinger, der anvendes i disse systemer, smelter ved temperaturer 200 °C lavere og kræver derfor luftkøling for at fungere. Turbinevinger lavet af materialer med højere smeltetemperaturer vil kræve mindre brændstofforbrug og føre til lavere CO2-emissioner.

Materialeforskere ved Japans Kyoto Universitet undersøgte egenskaberne af forskellige sammensætninger af molybdænsilicider, med og uden yderligere ternære elementer.

Tidligere forskning viste, at fremstilling af molybdæn-silicid-baserede kompositter ved at presse og opvarme deres pulvere - kendt som pulvermetallurgi - forbedrede deres modstandsdygtighed over for brud ved omgivende temperaturer, men sænkede deres højtemperaturstyrke på grund af udviklingen af ​​siliciumdioxidlag i materialet.

Kyoto University-teamet fremstillede deres molybdæn-silicid-baserede materialer ved hjælp af en metode kendt som "retningsbestemt størkning", hvor smeltet metal gradvist størkner i en bestemt retning.

Holdet fandt ud af, at et homogent materiale kunne dannes ved at kontrollere størkningshastigheden af ​​den molybdænsilicidbaserede komposit under fremstilling og ved at justere mængden af ​​det ternære element, der tilsættes kompositten.

Det resulterende materiale begynder at deformere plastisk under enakset kompression over 1000 °C. Desuden øges materialets højtemperaturstyrke gennem raffinering af mikrostruktur. Tilsætning af tantal til kompositten er mere effektiv end tilsætning af vanadium, niobium eller wolfram for at forbedre styrken af ​​materialet ved temperaturer omkring 1400 °C. Legeringerne fremstillet af Kyoto University-teamet er meget stærkere ved høje temperaturer end moderne nikkelbaserede superlegeringer såvel som nyligt udviklede strukturelle materialer til ultrahøj temperatur, rapporterer forskerne i deres undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Science and Technology of Advanced Materials.