Odolá i extrémním teplotám
Vědcům z Technické univerzity v Torontu se podařilo vyvinout velmi lehký a extrémně pevný materiál, který dokáže odolat i vysokému teplu. Užitečný by mohl být pro letecký průmysl a další výkonná odvětví.
Zatímco ocel je stále hlavním konstrukčním materiálem v automobilech, vlacích apod., v letadlech má určité výhody díky své nižší hmotnosti zase hliník. Ale i ten má své nevýhody.
Odlehčení, tj. snížení hmotnosti součástí při zachování jejich pevnosti, znamená menší spotřebu energie a tím i nižší spotřebu paliva, což je zvláště důležité v leteckém průmyslu. Ovšem hliníkové součásti a slitiny mají na druhou stranu i své nevýhody. Konkrétně trpí zhoršováním výkonu při vysokých teplotách (čím jsou teplejší, tím jsou měkčí), což je činí nevhodnými pro mnoho aplikací.
Pro překonání tohoto handicapu se vědci zaměřili na vytvoření kompozitu z různých kovů, který by měl stejnou strukturu jako železobeton, kde je ocelová síť zalita cementem s pískem a kamenivem. Inspirováni konstrukcemi z armatury a železobetonu (RC) vyvinuli řadu hliníkových kompozitů s matricí (AMC) podobných RC integrací metod aditivní výroby a mikroodlévání. Takovýto RC-AMC materiál s vysokým objemovým podílem termotolerantních částicových výztuh podle vědců účinně zmírňuje degradaci pevnosti až do vysokých teplot.
Nový kompozitní materiál vyrobený z různých kovových a nanočásticových slitin má strukturu, která napodobuje železobeton, ale v mikroskopickém měřítku. Podle zatím dostupných informací by měl odolávat teplotám až 500 °C. Vědci podrobili svůj nový materiál řadě testů, aby určili jeho pevnost a při laboratorních testech prokázal úspěšně vzdorovat teplotě 430 °C.
Výztužní síť nového materiálu je vyrobená z titanových slitinových vzpěr o průměru pouhých 0,2 milimetru. Pro vyplnění mezer mezi těmito vzpěrami použili vědci techniku mikrolití, aby z dalších prvků, jako je hliník, křemík a hořčík vytvořil matrici, která drží vše pohromadě. Další pevnost zajišťují mikrometrové částice oxidu hlinitého a nanoprecipitátů křemíku zakomponované do matrice.
Při pokojové teplotě byla nejvyšší dosažená mez kluzu kolem 700 megapascalů, zatímco typická hliníková matrice by měla spíše 100 až 150 megapascalů. Ale kde skutečně vyniká, je při vysokých teplotách – při 500 °C má mez kluzu 300 až 400 megapascalů, ve srovnání s asi 5 megapascaly u tradiční hliníkové matrice. Podle vědců funguje tento nový kovový kompozit prakticky stejně dobře jako ocel.
Petr Sedlický
Foto: University of Toronto Engineering/Nature
35
