Forskarna mätte den plastiska deformationen som hände när en liten sond utövade kraft på mikropelarexemplaren med olika belastningsaxelorientering. Kredit:National Institute for Materials Science (NIMS)
Metaller som innehåller niobsilicid är lovande material som tål höga temperaturer och förbättrar effektiviteten hos gasturbiner i kraftverk och flygplan. Men det har varit svårt att exakt bestämma deras mekaniska egenskaper på grund av deras komplexa kristallstrukturer. Nu, forskare vid Kyoto University i Japan har mätt vad som händer på mikronivå när tryck appliceras på små prover av dessa material. Tillvägagångssättet, publiceras i tidskriften Vetenskap och teknik för avancerade material , skulle kunna hjälpa forskare att få de exakta mätningarna som behövs för att förstå beteendet på atomnivå hos komplexa kristaller för att utveckla mer värmetoleranta komponenter i gasturbiner.
"Våra resultat visar spetsen inom forskning om plastisk deformationsbeteende i kristallina material, " säger Kyosuke Kishida, studiens motsvarande författare.
Plastisk deformation beskriver den distorsion som uppstår på atomnivå när en ihållande kraft appliceras på en kristall. Det är svårt att mäta i komplexa kristaller. Kishida och hans kollegor har använt ett nytt tillvägagångssätt för att systematiskt mäta plastisk deformation i kristaller som visar lovande användning i gasturbiner med hög temperatur.
I den här studien, de mätte plastisk deformation i en niobsilicid som heter α-Nb5Si3. Små "mikropiller" av dessa kristaller utsattes för mycket små mängder påfrestning med hjälp av en maskin med en flat-punch intryckare i änden. Spänningen applicerades på olika ytor av provet för att bestämma var och hur plastisk deformation inträffar i kristallen. Genom att använda svepelektronmikroskopi på proverna före och efter testet, de kunde detektera de plan och riktningar i vilka deformation uppstod. Detta följdes av simuleringsstudier baserade på teoretiska beräkningar för att ytterligare förstå vad som hände på atomnivå. Till sist, teamet jämförde resultaten med resultaten för en borinnehållande molybdensilicid (Mo 5 SiB 2 ) hade de tidigare undersökt.
"Vi fann att momentana fel uppstår ganska lätt i α-Nb 5 Si 3 , vilket står i markant kontrast till Mo 5 SiB 2 , säger Kishida.
Detta kan betyda a-Nb 5 Si 3 är i underläge jämfört med Mo 5 SiB 2 för användning som en förstärkande komponent i metallbaserade legeringar. Kishida och hans team tycker, dock, att detta materials inneboende sprödhet skulle kunna förbättras genom att lägga till andra legeringselement.
Teamet planerar att använda metoden för att studera mekaniska egenskaper hos andra kristallina material med komplexa strukturer.
