เครื่องเคลือบดินเผา
เซรามิกส์มีบทบาทสำคัญในประสิทธิภาพของเครื่องยนต์และการลดมลภาวะในรถยนต์และรถบรรทุก ตัวอย่างเช่นเซรามิกชนิดหนึ่ง, Cordierite (แมกนีเซียมอะลูมิโนซิลิเกต), ใช้เป็นสารตั้งต้นและรองรับตัวเร่งปฏิกิริยาในเครื่องฟอกไอเสีย มันถูกเลือกสำหรับจุดประสงค์นี้เนื่องจากพร้อมกับเซรามิกมากมายมันมีน้ำหนักเบาสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิสูงมากโดยไม่ละลายและดำเนินการให้ความร้อนไม่ดี (ช่วยรักษาความร้อนไอเสียเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการเร่งปฏิกิริยา) ในการประยุกต์ใช้เซรามิกแบบใหม่ผนังทรงกระบอกทำจากแซฟไฟร์โปร่งใส (อะลูมิเนียมออกไซด์) โดยนักวิจัยของเจนเนอรัลมอเตอร์สเพื่อตรวจสอบการทำงานภายในของห้องเผาไหม้เครื่องยนต์เบนซิน จุดประสงค์คือเพื่อให้เกิดความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับการควบคุมการเผาไหม้นำไปสู่การเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์สันดาปภายใน
การประยุกต์ใช้เซรามิกส์ต่อความต้องการด้านยานยนต์ก็คือเซ็นเซอร์เซรามิกที่ใช้ในการวัดปริมาณออกซิเจนของก๊าซไอเสีย เซรามิกซึ่งมักจะเป็นเซอร์โคเนียมออกไซด์ซึ่งมีการเพิ่มเล็กน้อยของอิตเทรียมมีคุณสมบัติในการผลิตแรงดันไฟฟ้าที่มีขนาดขึ้นอยู่กับความดันบางส่วนของออกซิเจนรอบวัสดุ สัญญาณไฟฟ้าที่ได้จากเซ็นเซอร์ดังกล่าวจะถูกใช้เพื่อควบคุมอัตราส่วนเชื้อเพลิงต่ออากาศในเครื่องยนต์เพื่อให้การทำงานมีประสิทธิภาพมากที่สุด
เนื่องจากความเปราะบางของพวกเขาเซรามิกจึงไม่ได้ถูกนำมาใช้เป็นส่วนประกอบที่รับน้ำหนักในยานพาหนะการขนส่งภาคพื้นดินในระดับที่ดี ปัญหายังคงเป็นความท้าทายที่จะแก้ไขโดยนักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุแห่งอนาคต
วัสดุสำหรับการบินและอวกาศ
เป้าหมายหลักในการเลือกวัสดุสำหรับโครงสร้างการบินและอวกาศคือการปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงเพื่อเพิ่มระยะทางในการเดินทางและส่งมอบน้ำหนักบรรทุก เป้าหมายนี้สามารถบรรลุได้ด้วยการพัฒนาสองด้าน: เพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ผ่านอุณหภูมิการทำงานที่สูงขึ้นและน้ำหนักโครงสร้างที่ลดลง เพื่อตอบสนองความต้องการเหล่านี้นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุจึงมองหาวัสดุในสองพื้นที่กว้างคือโลหะผสมโลหะและวัสดุคอมโพสิตขั้นสูง ปัจจัยสำคัญที่เอื้อต่อความก้าวหน้าของวัสดุใหม่เหล่านี้คือความสามารถในการเติบโตของวัสดุตัดเย็บเสื้อผ้าเพื่อให้ได้คุณสมบัติเฉพาะ
โลหะ
โลหะขั้นสูงจำนวนมากที่ใช้ในเครื่องบินได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการใช้งานในเครื่องยนต์ก๊าซเทอร์ไบน์ส่วนประกอบที่สัมผัสกับอุณหภูมิสูงก๊าซกัดกร่อนกัดกร่อนการสั่นสะเทือนและโหลดเชิงกลสูง ในช่วงระยะเวลาของเครื่องยนต์ไอพ่นยุคแรก (ประมาณปี 2483 ถึง 2513) ข้อกำหนดการออกแบบได้รับการพัฒนาโดยการพัฒนาโลหะผสมใหม่เพียงอย่างเดียว แต่ความต้องการที่รุนแรงมากขึ้นของระบบขับเคลื่อนขั้นสูงทำให้เกิดการพัฒนาของโลหะผสมใหม่ที่สามารถทนต่ออุณหภูมิที่สูงกว่า 1,000 ° C (1,800 ° F) และประสิทธิภาพของโครงสร้างของโลหะผสมดังกล่าวได้รับการปรับปรุงโดยการพัฒนากระบวนการละลายและแข็งตัว.
ละลายและแข็งตัว
โลหะผสมเป็นสารที่ประกอบด้วยโลหะสองชนิดหรือมากกว่าหรือโลหะและอโลหะที่มีความเป็นอันหนึ่งอันเดียวกันซึ่งมักหลอมละลายซึ่งกันและกันเมื่อหลอมละลาย วัตถุประสงค์หลักของการหลอมคือการกำจัดสิ่งสกปรกและผสมส่วนผสมโลหะผสมในเนื้อเดียวกันในโลหะฐาน ความก้าวหน้าที่สำคัญได้ทำกับการพัฒนากระบวนการใหม่บนพื้นฐานของการหลอมภายใต้สุญญากาศ (การกดด้วยความร้อน isostatic) การแข็งตัวอย่างรวดเร็วและการทำให้แข็งตัวในทิศทาง
ในการอัดแบบ isostatic ร้อนผง prealloyed จะถูกบรรจุในภาชนะที่มีผนังบางและยุบได้ซึ่งวางอยู่ในสุญญากาศที่อุณหภูมิสูงเพื่อกำจัดโมเลกุลก๊าซที่ดูดซับ จากนั้นจะถูกผนึกและวางในแท่นพิมพ์ซึ่งมีอุณหภูมิและความดันสูงมาก แม่พิมพ์จะยุบตัวและเชื่อมผงเข้าด้วยกันในรูปแบบที่ต้องการ
โลหะหลอมเหลวทำให้เย็นลงด้วยอัตราที่สูงถึงหนึ่งล้านองศาต่อวินาทีมีแนวโน้มที่จะแข็งตัวเป็นโครงสร้างจุลภาคที่เป็นเนื้อเดียวกันเนื่องจากมีเวลาไม่เพียงพอที่เม็ดผลึกจะกลายเป็นนิวเคลียสและเติบโต วัสดุที่เป็นเนื้อเดียวกันดังกล่าวมีแนวโน้มที่จะแข็งแรงกว่าโลหะ "เม็ดเล็ก" ทั่วไป อัตราการทำความเย็นอย่างรวดเร็วสามารถทำได้ด้วยการ“ เย็น” ซึ่งมีการหลอมเหลวของหยดลงบนพื้นผิวที่เย็น การให้ความร้อนและการแข็งตัวที่รวดเร็วสามารถทำได้โดยการส่งลำแสงเลเซอร์กำลังสูงไปบนพื้นผิวของวัสดุ
ซึ่งแตกต่างจากวัสดุคอมโพสิต (ดูด้านล่างคอมโพสิต) โลหะที่เป็นเม็ดมีคุณสมบัติเหมือนกันในทุกทิศทางดังนั้นจึงไม่สามารถปรับแต่งให้ตรงกับเส้นทางโหลดที่คาดการณ์ไว้ (เช่นความเค้นที่ใช้ในทิศทางเฉพาะ) อย่างไรก็ตามเทคนิคที่เรียกว่าการทำให้แข็งตัวในทิศทางให้ระดับของ tailorability ในกระบวนการนี้อุณหภูมิของแม่พิมพ์จะถูกควบคุมอย่างแม่นยำเพื่อส่งเสริมการก่อตัวของผลึกแข็งแข็งเมื่อโลหะหลอมเหลวเย็นลง สิ่งเหล่านี้ทำหน้าที่เสริมกำลังส่วนประกอบในทิศทางของการจัดแนวในแบบเดียวกับที่เส้นใยเสริมแรงวัสดุคอมโพสิต
การผสม
ความก้าวหน้าในการประมวลผลเหล่านี้มาพร้อมกับการพัฒนา“ ซุปเปอร์อัลลอยด์” ใหม่ Superalloys เป็นเหล็กที่มีความแข็งแรงสูงมักจะเป็นโลหะผสมที่ซับซ้อนซึ่งสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงและความเครียดทางกลที่รุนแรงและมีความเสถียรของพื้นผิวสูง พวกเขาแบ่งออกเป็นสามประเภทหลัก: นิกเกิล - เบสโคบอลต์ - เบสและเหล็ก ซูเปอร์อัลลอยที่มีส่วนผสมของนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลักในส่วนกังหันของเครื่องยนต์เจ็ท แม้ว่าจะมีความต้านทานโดยธรรมชาติเพียงเล็กน้อยต่อการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง แต่ก็มีคุณสมบัติที่ต้องการผ่านการเพิ่มโคบอลต์โครเมียมทังสเตนโมลิบดีนัมไทเทเนียมอลูมิเนียมและไนโอเบียม
โลหะผสมอลูมิเนียมลิเธียมแข็งและมีความหนาแน่นน้อยกว่าโลหะผสมอลูมิเนียมทั่วไป พวกเขายังเป็น“ superplastic” ด้วยขนาดเม็ดละเอียดที่สามารถทำการแปรรูปได้ โลหะผสมในกลุ่มนี้เหมาะสำหรับใช้ในส่วนประกอบของเครื่องยนต์ที่สัมผัสกับอุณหภูมิปานกลางถึงสูง พวกเขายังสามารถใช้ในผิวหนังปีกและร่างกาย
โลหะผสมไทเทเนียมซึ่งถูกดัดแปลงให้ทนทานต่ออุณหภูมิสูงจะเห็นการใช้งานเพิ่มขึ้นในเครื่องยนต์กังหัน พวกเขายังใช้ใน airframes ส่วนใหญ่สำหรับเครื่องบินทหาร แต่ในระดับหนึ่งสำหรับเครื่องบินพาณิชย์เช่นกัน
