I ricercatori dell’Università di Kyoto hanno scoperto che i siliciuri di molibdeno possono migliorare l’efficienza delle pale delle turbine nei sistemi di combustione ad altissima temperatura.

Le turbine a gas sono i motori che generano elettricità nelle centrali elettriche. Le temperature di esercizio dei loro sistemi di combustione possono superare i 1600 °C. Le pale delle turbine a base di nichel utilizzate in questi sistemi fondono a temperature inferiori di 200 °C e quindi richiedono il raffreddamento ad aria per funzionare. Le pale delle turbine realizzate con materiali con temperature di fusione più elevate richiederebbero un minore consumo di carburante e porterebbero a minori emissioni di CO2.

Gli scienziati dei materiali dell'Università giapponese di Kyoto hanno studiato le proprietà di varie composizioni di siliciuri di molibdeno, con e senza elementi ternari aggiuntivi.

Precedenti ricerche hanno dimostrato che la fabbricazione di compositi a base di siliciuro di molibdeno pressando e riscaldando le loro polveri – nota come metallurgia delle polveri – ha migliorato la loro resistenza alla frattura a temperatura ambiente ma ha ridotto la loro resistenza alle alte temperature, a causa dello sviluppo di strati di biossido di silicio all’interno del materiale.

Il team dell’Università di Kyoto ha fabbricato i materiali a base di siliciuro di molibdeno utilizzando un metodo noto come “solidificazione direzionale”, in cui il metallo fuso si solidifica progressivamente in una certa direzione.

Il team ha scoperto che è possibile formare un materiale omogeneo controllando la velocità di solidificazione del composito a base di siliciuro di molibdeno durante la fabbricazione e regolando la quantità dell'elemento ternario aggiunto al composito.

Il materiale risultante inizia a deformarsi plasticamente sotto compressione uniassiale superiore a 1000 °C. Inoltre, la resistenza alle alte temperature del materiale aumenta grazie al perfezionamento della microstruttura. L'aggiunta di tantalio al composito è più efficace dell'aggiunta di vanadio, niobio o tungsteno per migliorare la resistenza del materiale a temperature intorno a 1400 °C. Le leghe fabbricate dal team dell'Università di Kyoto sono molto più resistenti alle alte temperature rispetto alle moderne superleghe a base di nichel e ai materiali strutturali a temperatura ultraelevata recentemente sviluppati, riferiscono i ricercatori nel loro studio pubblicato sulla rivista Science and Technology of Advanced Materials.