Thí nghiệm kéo dài 3 năm trên trạm vũ trụ Thiên Cung của Trung Quốc đã mang lại kết quả đột phá, có thể nâng cao hiệu suất của tên lửa và phương tiện siêu thanh. Cụ thể, các nhà khoa học đã sử dụng dữ liệu này để tạo ra vật liệu mới: hợp kim niobium-silicon, Interesting Engineering hôm 7/1 đưa tin. Nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Acta Physica Sinica.
Với khả năng chịu nhiệt độ cực cao, niobium-silicon lý tưởng cho động cơ máy bay hiệu suất cao. Cánh của động cơ turbine phản lực cánh quạt làm từ hợp kim này có thể chịu được mức nhiệt trên 1.700 độ C.
Niobium là kim loại hiếm, chủ yếu dùng trong thép độ bền cao. Hợp kim niobium-silicon cũng cực kỳ khó sản xuất. Đến nay, hợp kim này vẫn đối mặt với hai thách thức lớn khi sản xuất hàng loạt: sự phát triển tinh thể chậm và tính giòn.
Quá trình hình thành các tinh thể bền chắc thường cần một thời gian dài - khoảng 100 giờ ở mức nhiệt gần 1.600 độ C. Hơn nữa, vật liệu thu được rất giòn ở nhiệt độ phòng, không phù hợp để dùng cho động cơ.
Nhóm nghiên cứu của giáo sư Wei Bingbo tại Đại học Bách khoa Tây Bắc, viện sĩ Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS), đã vượt qua những thách thức này. Họ phát triển phương pháp làm lạnh nhanh cho phép sản xuất tinh thể niobium-silicon chất lượng cao với tốc độ gần 9 cm mỗi giây, giúp giảm đáng kể thời gian sản xuất so với phương pháp truyền thống.
Nhóm cũng bổ sung một lượng nhỏ hafnium vào hợp kim, nhờ đó tăng độ bền chắc ở nhiệt độ phòng lên hơn ba lần. Cải tiến này giải quyết vấn đề về độ giòn, giúp hợp kim trở nên phù hợp cho sản xuất động cơ.
Môi trường vi trọng lực trên trạm vũ trụ làm thay đổi hành vi của vật liệu so với Trái Đất. Trong môi trường này, những quá trình như tinh thể phát triển và đông cứng diễn ra rất khác. Khi tiến hành thí nghiệm vi trọng lực, các nhà khoa học đã quan sát được một số hiện tượng độc đáo.
Ví dụ, trong quá trình đông cứng nhanh của hợp kim niobium-silicon, một cấu trúc xốp co ngót đặc biệt hình thành trong môi trường vi trọng lực - không giống những gì thường thấy trên Trái Đất. Những nghiên cứu này dẫn đến sự phát triển của hợp kim niobium-silicon mới mà các nhà khoa học gọi là "món quà từ thiên đường".
Thu Thảo (Theo Interesting Engineering)