Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Κιότο ανακάλυψαν ότι τα πυριτικά μολυβδαίνια μπορούν να βελτιώσουν την απόδοση των πτερυγίων του στροβίλου σε συστήματα καύσης υπερυψηλών θερμοκρασιών.

Οι αεριοστρόβιλοι είναι οι κινητήρες που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια σε σταθμούς παραγωγής ενέργειας. Οι θερμοκρασίες λειτουργίας των συστημάτων καύσης τους μπορεί να ξεπεράσουν τους 1600 °C. Τα πτερύγια του στροβίλου με βάση το νικέλιο που χρησιμοποιούνται σε αυτά τα συστήματα λιώνουν σε θερμοκρασίες 200 °C χαμηλότερες και επομένως απαιτούν ψύξη αέρα για να λειτουργήσουν. Τα πτερύγια των στροβίλων κατασκευασμένα από υλικά με υψηλότερες θερμοκρασίες τήξης θα απαιτούσαν λιγότερη κατανάλωση καυσίμου και θα οδηγούσαν σε χαμηλότερες εκπομπές CO2.

Επιστήμονες υλικών στο Πανεπιστήμιο του Κιότο της Ιαπωνίας ερεύνησαν τις ιδιότητες διαφόρων συνθέσεων πυριτιδίων μολυβδαινίου, με και χωρίς πρόσθετα τριμερή στοιχεία.

Προηγούμενη έρευνα έδειξε ότι η κατασκευή σύνθετων υλικών με βάση το πυριτικό μολυβδαίνιο με συμπίεση και θέρμανση των σκονών τους - γνωστή ως μεταλλουργία σκόνης - βελτίωσε την αντοχή τους στη θραύση σε θερμοκρασίες περιβάλλοντος αλλά μείωσε την αντοχή τους σε υψηλή θερμοκρασία, λόγω της ανάπτυξης στρωμάτων διοξειδίου του πυριτίου μέσα στο υλικό.

Η ομάδα του Πανεπιστημίου του Κιότο κατασκεύασε τα υλικά της με βάση το πυριτικό μολυβδαίνιο χρησιμοποιώντας μια μέθοδο γνωστή ως «κατευθυντική στερεοποίηση», στην οποία το λιωμένο μέταλλο στερεοποιείται προοδευτικά προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση.

Η ομάδα διαπίστωσε ότι ένα ομοιογενές υλικό θα μπορούσε να σχηματιστεί ελέγχοντας τον ρυθμό στερεοποίησης του σύνθετου υλικού με βάση το πυριτικό μολυβδαίνιο κατά την κατασκευή και ρυθμίζοντας την ποσότητα του τριμερούς στοιχείου που προστίθεται στο σύνθετο.

Το υλικό που προκύπτει αρχίζει να παραμορφώνεται πλαστικά υπό μονοαξονική συμπίεση πάνω από 1000 °C. Επίσης, η αντοχή του υλικού σε υψηλή θερμοκρασία αυξάνεται μέσω της τελειοποίησης της μικροδομής. Η προσθήκη τανταλίου στο σύνθετο υλικό είναι πιο αποτελεσματική από την προσθήκη βαναδίου, νιοβίου ή βολφραμίου για τη βελτίωση της αντοχής του υλικού σε θερμοκρασίες περίπου 1400 °C. Τα κράματα που κατασκευάζονται από την ομάδα του Πανεπιστημίου του Κιότο είναι πολύ ισχυρότερα σε υψηλές θερμοκρασίες από τα σύγχρονα υπερκράματα με βάση το νικέλιο καθώς και τα πρόσφατα αναπτυγμένα δομικά υλικά υπερυψηλής θερμοκρασίας, αναφέρουν οι ερευνητές στη μελέτη τους που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Science and Technology of Advanced Materials.