Keramika
Keramika vaidina svarbų vaidmenį mažinant variklių efektyvumą ir mažinant taršą automobiliuose ir sunkvežimiuose. Pavyzdžiui, vienos rūšies keramika, kordieritas (magnio aliumosilikatas), naudojama kaip katalizatorių pagrindas ir atrama kataliziniuose konverteriuose. Jis buvo pasirinktas šiam tikslui, nes, kaip ir daugelis keramikos dirbinių, yra lengvas, gali veikti labai aukštoje temperatūroje, netirpdamas, ir prastai veda šilumą (padeda išlaikyti išmetamąją šilumą, kad padidintų katalizinį efektyvumą). Naujojo keramikos naudojimo metu „General Motors“ tyrėjai cilindro sienelę pagamino iš skaidraus safyro (aliuminio oksido), kad vizualiai ištirtų vidinį benzino variklio degimo kameros veikimą. Siekta geriau suprasti degimo valdymą, o tai padidins vidaus degimo variklių efektyvumą.
Kitas keramikos pritaikymas automobilių reikmėms yra keramikos jutiklis, naudojamas išmatuoti deguonies kiekį išmetamosiose dujose. Keramikos, paprastai cirkonio oksido, į kurį pridėta nedidelio kiekio itrio, savybė yra sukurti įtampą, kurios dydis priklauso nuo medžiagą supančio deguonies dalinio slėgio. Elektrinis signalas, gaunamas iš tokio jutiklio, naudojamas variklio degalų ir oro santykiui valdyti, siekiant efektyviausio veikimo.
Dėl savo trapumo keramika nebuvo labai naudojama kaip antžeminės transporto priemonės kaip laikančiosios dalys. Ši problema tebėra iššūkis, kurį turės išspręsti ateities medžiagų mokslininkai.
Kosminės aviacijos medžiagos
Pagrindinis tikslas renkantis medžiagas, skirtas aerokosmoso konstrukcijoms, yra degalų naudojimo efektyvumo didinimas, siekiant padidinti nuvažiuotą atstumą ir pristatytą naudingą krovinį. Šį tikslą galima pasiekti plėtojant du frontus: padidinant variklio efektyvumą padidinant darbinę temperatūrą ir sumažinus konstrukcijos svorį. Siekdami patenkinti šiuos poreikius, medžiagų mokslininkai nagrinėja medžiagas dviejose plačiose srityse - metalų lydinius ir pažangias kompozicines medžiagas. Pagrindinis veiksnys, prisidedantis prie šių naujų medžiagų tobulėjimo, yra didėjantis gebėjimas pritaikyti medžiagas specifinėms savybėms pasiekti.
Metalai
Daugelis pažangių metalų, šiuo metu naudojamų orlaiviuose, buvo sukurti specialiai dujų turbinų varikliams, kurių komponentai veikiami aukštos temperatūros, korozinių dujų, vibracijos ir didelių mechaninių apkrovų. Ankstyvųjų reaktyvinių variklių laikotarpiu (maždaug nuo 1940 m. Iki 1970 m.) Projektavimo reikalavimai buvo tenkinami tik kuriant naujus lydinius. Bet dėl griežtesnių pažangių varomųjų sistemų reikalavimų atsirado naujų lydinių, kurie gali atlaikyti aukštesnę nei 1 000 ° C (1800 ° F) temperatūrą, ir tokių lydinių struktūrinės savybės pagerėjo vykstant lydymosi ir kietėjimo procesams..
Lydymasis ir kietėjimas
Lydiniai yra medžiagos, susidedančios iš dviejų ar daugiau metalų arba iš metalo ir nemetalo, kurios yra glaudžiai sujungtos, paprastai tirpstant viena kitai, kai jos ištirpsta. Pagrindiniai lydymosi tikslai yra pašalinti priemaišas ir lygius komponentus vienodai sumaišyti su netauriaisiais metalais. Didelė pažanga padaryta kuriant naujus procesus, pagrįstus lydymu vakuume (karštu izostatiniu presavimu), greitu kietėjimu ir kryptiniu kietėjimu.
Iš karšto izostatinio presavimo iš anksto legiruoti milteliai sudedami į plonasienius, sulankstomus indus, kurie dedami į aukšto temperatūros vakuumą, kad būtų pašalintos adsorbuotos dujų molekulės. Tada jis uždaromas ir sudedamas į presą, kur jis yra veikiamas labai aukštos temperatūros ir slėgio. Forma sutraukia ir suvirina miltelius kartu norima forma.
Išlydyti metalai, aušinami net milijonu laipsnių per sekundę greičiu, kietėja iki santykinai vienalytės mikrostruktūros, nes kristaliniams grūdams nėra pakankamai laiko, kad jie galėtų susiformuoti ir augti. Tokios vienalytės medžiagos yra stipresnės už tipinius „grūdėtuosius“ metalus. Greitas aušinimo greitis gali būti pasiektas aušinant „purslais“, kai išlydyti lašeliai iškyla ant šalto paviršiaus. Greitą kaitinimą ir sukietėjimą taip pat galima pasiekti perduodant didelės galios lazerio pluoštus virš medžiagos paviršiaus.
Skirtingai nuo kompozicinių medžiagų (žr. Toliau „Kompozitai“), grūdėtųjų metalų savybės iš esmės yra vienodos visomis kryptimis, todėl jų negalima pritaikyti taip, kad atitiktų numatomą apkrovos kelią (ty tam tikromis kryptimis veikiantį įtempį). Tačiau metodas, vadinamas kryptiniu kietėjimu, suteikia tam tikrą pritaikomumo laipsnį. Šiame procese pelėsio temperatūra yra tiksliai kontroliuojama, kad paspartėjusio išlydyto metalo kristalų susidarymas būtų skatinamas. Jie taip pat sustiprina komponentą išlyginimo kryptimi tuo pačiu būdu, kaip pluoštai sustiprina kompozicines medžiagas.
Legiravimas
Šiuos perdirbimo pasiekimus lydėjo naujų „superlydinių“ kūrimas. Superlengviniai lydiniai yra labai stiprūs, dažnai sudėtingi lydiniai, atsparūs aukštai temperatūrai ir dideliam mechaniniam poveikiui bei pasižymintys dideliu paviršiaus stabilumu. Paprastai jie skirstomi į tris pagrindines kategorijas: nikelio, kobalto ir geležies. Reaktyviųjų variklių turbinos skyriuje vyrauja supernario lydiniai, kurių pagrindas yra nikelis. Nors jie turi mažai būdingą atsparumą oksidacijai aukštoje temperatūroje, jie įgyja pageidaujamų savybių pridedant kobalto, chromo, volframo, molibdeno, titano, aliuminio ir niobio.
Aliuminio-ličio lydiniai yra tvirtesni ir mažiau tankūs nei įprasti aliuminio lydiniai. Jie taip pat yra „superplastiški“ dėl smulkių grūdų dydžio, kuriuos dabar galima pasiekti perdirbant. Šios grupės lydiniai yra tinkami naudoti variklio sudedamosiose dalyse, veikiamose nuo vidutinės iki aukštos temperatūros; jie taip pat gali būti naudojami sparnų ir kūno odose.
Titano lydiniai, modifikuoti atlaikyti aukštą temperatūrą, vis dažniau naudojami turbinų varikliuose. Jie taip pat naudojami lėktuvų rėmuose, pirmiausia kariniuose orlaiviuose, bet tam tikru mastu taip pat ir komerciniuose lėktuvuose.
