Keramika
Keramika ima pomembno vlogo pri učinkovitosti motorja in zmanjšanju onesnaževanja v avtomobilih in tovornjakih. Na primer, ena vrsta keramike, kordierit (magnezijev aluminosilikat), se uporablja kot substrat in podpora katalizatorjem v katalizatorjih. Izbran je bil za ta namen, ker je skupaj z veliko keramike lahkoten, lahko deluje pri zelo visokih temperaturah brez taljenja in slabo prevaja toploto (pomaga zadržati izpušno toploto za izboljšanje katalitične učinkovitosti). V novi uporabi keramike so raziskovalci General Motors izdelali steno valja iz prozornega safirja (aluminijevega oksida), da bi vizualno preučili notranje delovanje zgorevalne komore bencinskega motorja. Namen je bil doseči boljše razumevanje nadzora zgorevanja, kar je povečalo učinkovitost motorjev z notranjim zgorevanjem.
Druga uporaba keramike za avtomobilske potrebe je keramični senzor, ki se uporablja za merjenje vsebnosti kisika v izpušnih plinih. Keramični ponavadi cirkonijev oksid, ki mu je dodana majhna količina itrija, ima lastnost proizvajati napetost, katere obseg je odvisen od delnega tlaka kisika, ki obdaja material. Električni signal, pridobljen iz takega senzorja, se nato uporablja za krmiljenje razmerja med gorivom in zrakom v motorju, da se doseže najučinkovitejše delovanje.
Zaradi svoje krhkosti se keramika v nobenem obsegu ne uporablja kot nosilne sestavne dele v vozilih za zemeljski prevoz. Težava ostaja izziv, ki ga bodo morali rešiti materiali prihodnosti.
Materiali za vesoljsko vesolje
Glavni cilj pri izbiri materialov za vesoljske strukture je povečanje učinkovitosti porabe goriva za povečanje prevožene razdalje in zagotovljene koristne obremenitve. Ta cilj je mogoče doseči z razvojem na dveh frontah: povečan izkoristek motorja z višjimi delovnimi temperaturami in manjšo konstrukcijsko težo. Da bi zadovoljili te potrebe, znanstveniki iščejo materiale na dveh širokih področjih - kovinske zlitine in napredni kompozitni materiali. Ključni dejavnik, ki prispeva k napredku teh novih materialov, je vse večja sposobnost prilagajanja materialov za doseganje določenih lastnosti.
Kovine
Mnoge napredne kovine, ki se trenutno uporabljajo v letalih, so bile zasnovane posebej za uporabo v plinskoturbinskih motorjih, katerih sestavni deli so izpostavljeni visokim temperaturam, jedkim plinom, vibracijam in velikim mehanskim obremenitvam. V obdobju zgodnjih reaktivnih motorjev (od približno 1940 do 1970) so bile konstrukcijske zahteve izpolnjene samo z razvojem novih zlitin. Toda strožje zahteve naprednih pogonskih sistemov so spodbudile razvoj novih zlitin, ki lahko prenesejo temperature, večje od 1.000 ° C (1.800 ° F), strukturne lastnosti takšnih zlitin pa so se izboljšale z razvojem procesov taljenja in strjevanja..
Taljenje in strjevanje
Zlitine so snovi, sestavljene iz dveh ali več kovin ali iz kovine in nemetala, ki so tesno združene, običajno tako, da se med topljenjem med seboj raztopijo. Glavni cilji taljenja so odstranitev nečistoč in homogeno mešanje zlitin v osnovni kovini. Pomemben napredek je bil narejen z razvojem novih procesov, ki temeljijo na taljenju pod vakuumom (vroče izostatsko stiskanje), hitrem strjevanju in smernemu strjevanju.
Pri vročem izostatskem stiskanju se predhodno legirani praški pakirajo v tankostensko, zložljivo posodo, ki jo damo v visokotemperaturni vakuum, da odstranimo adsorbirane molekule plina. Nato ga zapremo in damo v stiskalnico, kjer je izpostavljen zelo visokim temperaturam in tlakom. Kalup se zruši in prah skupaj zvarimo v želeno obliko.
Staljene kovine, ohlajene s hitrostjo več kot milijon stopinj na sekundo, se strdijo v relativno homogeno mikrostrukturo, saj ni dovolj časa, da se kristalna zrna razkrojijo in rastejo. Takšni homogeni materiali so močnejši od značilnih "zrnatih" kovin. Hitro ohlajanje lahko dosežemo s "splat" hlajenjem, pri katerem se staljene kapljice štrlijo na hladno površino. Hitro segrevanje in strjevanje lahko dosežemo tudi s prenosom laserskih žarkov z visoko močjo po površini materiala.
Za razliko od kompozitnih materialov (glej spodaj Kompoziti) imajo zrnate kovine lastnosti, ki so v vseh smereh enake, zato jih ni mogoče prilagoditi pričakovanim obremenitvam (tj. Napetosti, uporabljene v določenih smereh). Vendar tehnika, imenovana smerno strjevanje, zagotavlja določeno stopnjo prilagodljivosti. V tem postopku se temperatura plesni natančno nadzira, da se spodbudi nastanek poravnanih togih kristalov, ko se staljena kovina hladi. Te služijo za krepitev komponente v smeri poravnave na enak način kot vlakna ojačajo kompozitne materiale.
Legiranje
Ta napredek pri predelavi je spremljal razvoj novih "supervelogov". Superalne zlitine so visoko trdne, pogosto kompleksne zlitine, ki so odporne na visoke temperature in močne mehanske obremenitve in imajo visoko površinsko stabilnost. Običajno jih razvrščamo v tri glavne kategorije: na osnovi niklja, kobalta in železa. V turbinskem delu reaktivnih motorjev prevladujejo nikljeve super-zlitine na osnovi niklja. Čeprav imajo majhno inherentno odpornost proti oksidaciji pri visokih temperaturah, pridobijo zaželene lastnosti z dodatkom kobalta, kroma, volframa, molibdena, titana, aluminija in niobija.
Aluminij-litijeve zlitine so bolj trdne in manj goste od običajnih aluminijevih zlitin. Prav tako so "superplastične" zaradi drobne velikosti zrn, ki jo je zdaj mogoče doseči pri predelavi. Zlitine v tej skupini so primerne za uporabo v sestavnih delih motorja, ki so izpostavljene vmesnim in visokim temperaturam; uporabljajo se lahko tudi v kožah kril in telesa.
Titanove zlitine, spremenjene tako, da prenesejo visoke temperature, so v turbinskih motorjih vedno večje. Zaposlene so tudi v zrakoplovih, predvsem za vojaška letala, v določeni meri pa tudi za komercialna letala.
