Naukowcy z Uniwersytetu w Kioto odkryli, że krzemki molibdenu mogą poprawić wydajność łopatek turbin w układach spalania o ultrawysokiej temperaturze.

Turbiny gazowe to silniki wytwarzające energię elektryczną w elektrowniach. Temperatury robocze ich systemów spalania mogą przekraczać 1600 °C. Łopatki turbin na bazie niklu stosowane w tych systemach topią się w temperaturach niższych o 200 °C i dlatego do prawidłowego funkcjonowania wymagają chłodzenia powietrzem. Łopatki turbin wykonane z materiałów o wyższej temperaturze topnienia wymagałyby mniejszego zużycia paliwa i prowadziłyby do niższej emisji CO2.

Naukowcy zajmujący się materiałami na japońskim Uniwersytecie w Kioto badali właściwości krzemków molibdenu o różnym składzie, z dodatkowymi pierwiastkami trójskładnikowymi i bez nich.

Poprzednie badania wykazały, że wytwarzanie kompozytów na bazie krzemku molibdenu poprzez prasowanie i podgrzewanie ich proszków – zwane metalurgią proszków – poprawiło ich odporność na pękanie w temperaturach otoczenia, ale obniżyło ich wytrzymałość w wysokiej temperaturze ze względu na powstawanie warstw dwutlenku krzemu w materiale.

Zespół Uniwersytetu w Kioto wyprodukował materiały na bazie krzemku molibdenu, stosując metodę znaną jako „zestalanie kierunkowe”, w której stopiony metal stopniowo krzepnie w określonym kierunku.

Zespół odkrył, że jednorodny materiał można utworzyć, kontrolując szybkość krzepnięcia kompozytu na bazie krzemku molibdenu podczas wytwarzania i dostosowując ilość trójskładnikowego pierwiastka dodanego do kompozytu.

Powstały materiał zaczyna odkształcać się plastycznie pod wpływem jednoosiowego ściskania w temperaturze powyżej 1000°C. Ponadto wytrzymałość materiału w wysokiej temperaturze wzrasta poprzez udoskonalenie mikrostruktury. Dodanie tantalu do kompozytu jest bardziej skuteczne niż dodanie wanadu, niobu czy wolframu w celu poprawy wytrzymałości materiału w temperaturach około 1400 ° C. Stopy wytwarzane przez zespół Uniwersytetu w Kioto są znacznie wytrzymalsze w wysokich temperaturach niż nowoczesne superstopy na bazie niklu, a także niedawno opracowane materiały konstrukcyjne odporne na ultrawysokie temperatury, podają naukowcy w swoim badaniu opublikowanym w czasopiśmie Science and Technology of Advanced Materials.