Kupferlegierung kombiniert mit Tantal und Lithium: eine neue Generation von Supermaterialien. 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 Besondere an dieser Legierung ist ihre dreischichtige Nanostruktur: Stabile kubische Lithiumkupfer-Niederschläge liegen zwischen zwei Schichten Tantal, einem für seine Korrosionsbeständigkeit und Hitzebeständigkeit bekannten Metall. Dank dieser Mikrostruktur hält das Material Temperaturen von bis zu 800 °C (1.472 °F) und einer maximalen Spannung von 1.120 MPa bei Raumtemperatur stand – etwa 50 % mehr als Standardstahl.
Bisher verfügten Produkte der Werkstoffindustrie meist nur über eine von zwei Eigenschaften: Haltbarkeit oder gute elektrische Leitfähigkeit. Produkte mit hoher Haltbarkeit mussten ihre elektrische Leitfähigkeit reduzieren oder ganz aufheben und umgekehrt. Die neue Legierungserfindung durchbricht diese Grenze und eröffnet eine neue Ära vielseitiger Werkstoffe: gute elektrische Leitfähigkeit wie Kupfer, Festigkeit wie Stahl, Hitzebeständigkeit wie Nickel – und das alles 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 Raumfahrt, der Energie- und der Verteidigungsindustrie wird ein Material benötigt, das sowohl leitfähig als auch hitzebeständig und langlebig ist. Derzeit werden üblicherweise nickelbasierte Superlegierungen verwendet, die zwar eine gute Hitze- und Korrosionsbeständigkeit, aber eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit aufweisen und sich daher für Geräte mit hoher Leistungsübertragung ungeeignet machen.
Die Mikrostruktur der neuen Legierung lässt sich mit dem „Fingerabdruck“ eines Materials vergleichen und bestimmt, wie es auf Faktoren wie Hitze, Strahlung oder mechanische Einwirkung reagiert. Dank des enthaltenen Lithiums, das als Strukturstabilisator wirkt, behält die Legierung ihre Festigkeit und verhindert Rissbildung selbst bei dauerhafter Einwirkung hoher Temperaturen.
Dank ihrer hohen Hitzebeständigkeit und der gleichbleibenden elektrischen Leitfähigkeit eignet sich diese Legierung für Turbinenschaufeln oder Brennkammern in Hyperschalltriebwerken. Auch die USA, China und Russland investieren in die Entwicklung dieses Bereichs.
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 Wärmekraft als auch Kernkraft sowie die Öl- und Gasförderung Anlagen, die unter extremen Bedingungen betrieben werden können. Dank ihrer Korrosionsbeständigkeit und mechanischen Festigkeit eignet sich die Tantal-Lithium-Kupfer-Legierung für Anlagengehäuse, Wärmetauscher oder druckfeste Rohrleitungen.
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.
Quelle: https://tuoitre.vn/phat-minh-ra-hop-kim-dong-cung-hon-thep-chiu-nhiet-toi-800c-20250528163731304.htm
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