Turbinenlegierungen sind in der Regel Legierungen aus einem Hauptmetall, das mit geringen Mengen anderer Elemente wie Rhenium oder Hafnium gemischt wird. Solche Materialien halten hohe Temperaturen aus, sind allerdings spröde und haben nur einen geringen Riss-Widerstand. Hier ist den Forschenden mit ihrer neuen Legierung ein beindruckender Durchbruch gelungen: Ihre in etwa gleichen Teilen aus Niob, Tantal, Titan und Hafnium bestehende Legierung ist ganze 25-mal zäher als bisher verwendete Materialien. Damit ist das Metall sogar zäher als kryogener, also mit Kälte gehärteter Stahl. Dabei blieb die Legierung sowohl bei größter Hitze als auch niedrigsten Temperaturen stets stabil.
Zäher als kryogener Stahl
Knickbänder schützen vor Rissen
Legierungen, bei denen die metallischen Elemente in ungefähr gleicher Menge gemischt sind, nennt man refraktäre metallische Einphasen-Legierungen (RMEA). Frühere Studien gingen davon aus, dass so genannte Knickbänder, Störungen in der kristallinen Struktur dieser Legierungen, dazu führen würden, dass das Material erweicht und dadurch leichter verformbar wird. Tatsächlich stellte sich aber heraus, dass die Knickbänder die Atomstruktur der RMEAs vor Rissen schützen. Dadurch weist das Material eine außerordentlich hohe Bruchzähigkeit auf.
Mehr Hafnium für Höchstleistungen
Der hohe Hafnium-Anteil dieses Materials macht es sicherlich für den gewöhnlichen Flugverkehr zu teuer. In Bereichen, in denen es auf Höchstleistungen ankommt, etwa der Raumfahrt und der Verteidigungsindustrie, wird es aber sicher zum Einsatz kommen, sobald es die die Marktreife erreicht hat. Auf jeden Fall prognostiziert die Materialwissenschaft eine vielversprechende Zukunft für das Metall Hafnium.