Malzeme biliminde önemli bir başarıya imza atan Purdue Üniversitesi araştırmacıları, hem olağanüstü dayanıklılığa sahip hem de kırılmadan şekil değiştirebilen yeni bir kobalt-alüminyum bazlı metal geliştirdi. Araştırmacılar, geliştirilen malzemenin bazı yapısal inşaat çeliklerinden yaklaşık 10 kat daha güçlü olduğunu açıkladı.
Çalışmanın merkezinde yer alan kobalt-alüminyum (CoAl) bileşiği, “intermetalik bileşik” olarak adlandırılan özel bir malzeme sınıfına ait. Atomlarının son derece düzenli dizilimi sayesinde yüksek mukavemet ve yüksek sıcaklıklara karşı direnç sağlayan bu yapı, bugüne kadar önemli bir dezavantaja da sahipti: Kırılganlık.
Yüksek gerilim altında esnemek yerine aniden kırılabilen CoAl, bu nedenle uçak motorları gibi zorlu koşullarda çalışan sistemlerde sınırlı kullanım alanı buluyordu.
Kusurları yok etmek yerine avantaja çevirdiler
Araştırmacılar bu sorunu çözmek için alışılmışın dışında bir yöntem izledi. Malzemedeki atomik kusurları tamamen ortadan kaldırmak yerine, atom diziliminde kontrollü düzensizlikler yani dislokasyonlar oluşturdular. Bu yapı sayesinde atom katmanları, ani kırılmalar yaşanmadan birbirlerinin üzerinden kayabiliyor ve malzeme uygulanan kuvveti daha iyi absorbe edebiliyor.
Ekip ayrıca kristal yapının bozulduğu son derece ince amorf arayüzler tasarladı. Basınç altında aktif hale gelen bu bölgeler, yeni dislokasyonların oluşmasını sağlayarak malzemenin kırılmadan daha fazla şekil değiştirmesine olanak tanıyor.
Dayanıklılıkta dikkat çeken sonuç
Laboratuvar testlerinde geliştirilen malzemenin akma dayanımı 6 gigapaskalı (GPa) aşarken, yüksek dayanımlı yapısal çeliklerde bu değer genellikle 0,6 ila 1 GPa arasında bulunuyor. Bunun yanı sıra malzeme, oda sıcaklığında sıkıştırma altında yüzde 15’in üzerinde plastik deformasyona uğramasına rağmen ani kırılma göstermedi.
Endüstriyel üretim için çalışmalar sürüyor
Araştırmacılar, geliştirilen malzemenin şu an için buhar biriktirme yöntemiyle üretilen nanometre ölçekli katmanlardan oluştuğunu ve henüz büyük ölçekli endüstriyel üretime uygun olmadığını belirtti. Bir sonraki hedef ise bu üretim yöntemini ticari ölçekte uygulanabilir hale getirmek.
Havacılık ve uzay teknolojilerinde yeni dönem
Bilim insanlarına göre geliştirilen yöntem yalnızca kobalt-alüminyum alaşımıyla sınırlı kalmayabilir. Aynı yaklaşımın diğer intermetalik malzemelere de uygulanması halinde, havacılık, enerji ve uzay sanayisi gibi geleneksel metallerin sınırlarına ulaşıldığı alanlarda çok daha dayanıklı ve güvenli yeni nesil malzemelerin geliştirilmesinin önü açılabilir.
