Gli scienziati hanno misurato la deformazione plastica che si è verificata quando una minuscola sonda ha esercitato una forza sui campioni di micropilastri con vari orientamenti dell'asse di carico. Credito:Istituto nazionale per la scienza dei materiali (NIMS)
I metalli contenenti siliciuro di niobio sono materiali promettenti che possono resistere alle alte temperature e migliorare l'efficienza delle turbine a gas nelle centrali elettriche e negli aerei. Ma è stato difficile determinare con precisione le loro proprietà meccaniche a causa delle loro complesse strutture cristalline. Ora, gli scienziati dell'Università di Kyoto in Giappone hanno misurato cosa succede a livello micro quando viene applicata pressione su piccoli campioni di questi materiali. L'approccio, pubblicato sulla rivista Scienza e tecnologia dei materiali avanzati , potrebbe aiutare gli scienziati a ottenere le misurazioni accurate necessarie per comprendere il comportamento a livello atomico di cristalli complessi per sviluppare componenti più tolleranti al calore nelle turbine a gas.
"I nostri risultati dimostrano l'avanguardia della ricerca sul comportamento alla deformazione plastica nei materiali cristallini, "dice Kyosuke Kishida, l'autore corrispondente dello studio.
La deformazione plastica descrive la distorsione che si verifica a livello atomico quando una forza sostenuta viene applicata a un cristallo. È difficile da misurare in cristalli complessi. Kishida e i suoi colleghi hanno utilizzato un nuovo approccio per misurare sistematicamente la deformazione plastica nei cristalli che si rivela promettente per l'uso nelle turbine a gas ad alta temperatura.
In questo studio, hanno misurato la deformazione plastica in un siliciuro di niobio chiamato α-Nb5Si3. Piccoli "micropilastri" di questi cristalli sono stati esposti a piccolissime quantità di stress utilizzando una macchina con un penetratore piatto alla sua estremità. La sollecitazione è stata applicata a diverse facce del campione per determinare dove e come si verifica la deformazione plastica all'interno del cristallo. Utilizzando la microscopia elettronica a scansione sui campioni prima e dopo il test, sono stati in grado di rilevare i piani e le direzioni in cui si è verificata la deformazione. Questo è stato seguito da studi di simulazione basati su calcoli teorici per comprendere ulteriormente cosa stava accadendo a livello atomico. Finalmente, il team ha confrontato i risultati con quelli di un siliciuro di molibdeno contenente boro (Mo 5 SiB 2 ) che avevano precedentemente esaminato.
"Abbiamo scoperto che il guasto istantaneo si verifica piuttosto facilmente in α-Nb 5 si 3 , che è in netto contrasto con Mo 5 SiB 2 , "dice Kishida.
Questo potrebbe significare α-Nb 5 si 3 è in svantaggio rispetto a Mo 5 SiB 2 da utilizzare come componente di rinforzo nelle leghe a base metallica. Kishida e il suo team pensano, però, che la fragilità intrinseca di questo materiale potrebbe essere migliorata aggiungendo altri elementi di lega.
Il team prevede di utilizzare l'approccio per studiare le proprietà meccaniche di altri materiali cristallini con strutture complesse.
