Erfindung einer Kupferlegierung, die härter als Stahl und hitzebeständig bis 800 °C ist

Amerikanische Wissenschaftler haben gerade eine völlig neue Kupferlegierung entwickelt, die nicht nur stärker als Stahl ist, sondern auch Temperaturen bis zu 800 Grad Celsius standhält und eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit behält.

Kupferlegierung kombiniert mit Tantal und Lithium: Supermaterial der neuen Generation. Dies könnte die Grundlage für eine neue Generation von Materialien in der Luft- und Raumfahrt, der Verteidigung und der Hightech-Industrie sein – Foto: Lehigh University

Laut Science hat ein Forschungsteam der Lehigh University (Pennsylvania, USA) und der Arizona State University eine neue Kupferlegierung aus Tantal und Lithium entwickelt, die eine höhere mechanische Festigkeit als herkömmlicher Stahl aufweist, aber dennoch eine überlegene elektrische Leitfähigkeit beibehält, was mit aktuellen Superlegierungen nicht möglich ist.

Das einzigartige Merkmal dieser Legierung liegt in ihrer dreischichtigen Nanostruktur: Stabile kubische Lithiumkupfer-Niederschläge sind zwischen zwei Schichten Tantal eingeschlossen, einem Metall, das für seine Korrosionsbeständigkeit und Hitzebeständigkeit bekannt ist. Diese Mikrostruktur ermöglicht es dem Material, Temperaturen von bis zu 800 °C (1.472 °F) und einer maximalen Spannung von 1.120 MPa bei Raumtemperatur standzuhalten, was etwa 50 % mehr ist als bei Standardstahl.

In der Vergangenheit verfügten hergestellte Produkte der Werkstoffindustrie oft nur über eine von zwei Eigenschaften: Haltbarkeit oder gute elektrische Leitfähigkeit. Produkte mit hoher Haltbarkeit müssen die Fähigkeit zur Stromleitung reduzieren oder aufheben und umgekehrt. Die neue Legierungserfindung hat diese Grenze durchbrochen und eine neue Ära für „Mehrzweckmaterialien“ eingeläutet: so leitfähig wie Kupfer, so stark wie Stahl, so hitzebeständig wie Nickel – in einer einzigen Nanostruktur.

„Dies ist eine solide Grundlage für Industrie und Verteidigung, um eine neue Generation von Materialien für Geräte zu entwickeln, die eine extrem hohe Leistung und Zuverlässigkeit erfordern“, sagte Professor Harmer, ein Mitglied des Forschungsteams.

In der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie in der Energie- und Verteidigungsindustrie wird ein Material benötigt, das sowohl ein guter Stromleiter als auch hitzebeständig, hochfest und über lange Zeiträume stabil ist. Das derzeit am häufigsten verwendete Material ist eine Superlegierung auf Nickelbasis, die zwar eine gute Hitzebeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweist, jedoch eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit aufweist und daher für Geräte, die eine hohe Leistungsübertragung erfordern, ungeeignet ist.

Die Mikrostruktur der neuen Legierung lässt sich mit dem „Fingerabdruck“ des Materials vergleichen und bestimmt, wie es auf Faktoren wie Hitze, Strahlung oder mechanische Einwirkungen reagiert. Dank des Vorhandenseins von Lithium als Strukturstabilisator behält die Legierung ihre Festigkeit und vermeidet Rissbildung, selbst wenn sie kontinuierlichen Stößen bei hohen Temperaturen ausgesetzt ist.

Aufgrund ihrer hohen Hitzebeständigkeit und der gleichbleibenden elektrischen Leitfähigkeit kann diese Legierung als Turbinenschaufel oder Brennkammer in Hyperschall-Triebwerken eingesetzt werden. Auch in diesem Bereich investieren die USA, China und Russland und entwickeln ihn.

Diese Legierung kann nicht nur in Raketentriebwerken, sondern auch in Panzerungen, elektromagnetischen Waffen und militärischen Sensoren eingesetzt werden – an Orten, wo superleichte, superbeständige und elektrisch gut leitfähige Materialien erforderlich sind.

Darüber hinaus erfordern sowohl die Wärmekraft als auch die Kernkraft sowie die Öl- und Gasförderung Geräte, die unter extremen Bedingungen funktionieren. Aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit und mechanischen Festigkeit können Tantal-Lithium-Kupfer-Legierungen als Gerätegehäuse, Wärmetauscher oder druckfeste Rohrleitungen verwendet werden.

Obwohl sich diese neue Legierung noch im Laborstadium befindet, sagen Experten, dass sie das Potenzial hat, die Art und Weise, wie Menschen im nächsten Jahrzehnt Flugzeuge, Raumfahrzeuge, Waffen und elektrische Systeme bauen, zu verändern.

Die ausgeklügelte Kombination aus mikrostrukturellem Design, edlen Materialien und Nanotechnologie macht diese Legierung nicht nur zu einer wissenschaftlichen Erfindung, sondern zu einem technologischen Fortschritt mit weltweiter Wirkung.

MINH HAI

Quelle: https://tuoitre.vn/phat-minh-ra-hop-kim-dong-cung-hon-thep-chiu-nhiet-toi-800c-20250528163731304.htm