Dans une première, les chercheurs ont développé un nouvel alliage de cuivre qui est l’un des matériaux en cuivre les plus résilients jamais fabriqués.
Le nouvel alliage, un mélange de cuivre, de tantalum et de lithium, a été construit sur des nanoscales pour résister à des températures et des souches extrêmes, et pourrait avoir des applications cruciales pour l’aérospatiale, la défense et l’industrie. Les chercheurs ont publié leurs résultats le 27 mars dans la revue Science.
« Il s’agit d’une science de pointe, développant un nouveau matériau qui combine de manière unique l’excellente conductivité du cuivre avec la force et la durabilité à l’échelle des superalliages basés sur le nickel », co-auteur de l’étude Martin Harmerprofesseur émérite d’ingénierie à l’Université de Lehigh à Bethlehem, Pennsylvanie, dit dans un communiqué.
Actuellement, les matériaux les plus courants utilisés dans des environnements à stress élevé tels que les moteurs à turbine à gaz et les équipements de transformation chimique sont les superalliages à base de nickel, qui sont forts, résistants à la corrosion et peuvent résister à des températures élevées.
Mais ces alliages échouent en termes de conductivité électrique, limitant certaines de leurs applications potentielles. Pour résoudre ce problème, les chercheurs sandwichs cuivre-lithium précipitent entre deux couches riches en tantale, un élément très résistant à la corrosion.
L’équipe a ensuite affiné la substance plus loin en ajoutant une petite quantité de lithium pour changer la structure des précipités en cuboïdes stables, renforçant la résistance de l’alliage et la résilience thermique
« Quand nous regardons à l’intérieur de notre corps, nous essayons de chercher des empreintes digitales de mutation cellulaire pour le cancer », co-auteur de l’étude Kiran Solankiprofesseur d’ingénierie à l’Arizona State University, dit dans un communiqué. « De même, les matériaux structurels ont une empreinte digitale unique lorsqu’ils sont soumis à tout événement comme le rayonnement ou la chaleur. Et dans ce cas, avoir un précipité au lithium en cuivre avec une bicouche stable de TA (tantale) est lorsque nous pouvons modifier l’empreinte digitale à haute température pour la défaillance. »
Le matériau résultant a une combinaison impressionnante de propriétés. Parallèlement à sa conductivité électrique, il peut fonctionner à des températures allant jusqu’à 1 472 degrés Fahrenheit (800 degrés Celsius) et peut résister à une contrainte maximale de 1 120 mégapascals à température ambiante – plus d’une fois et demie la pression maximale que l’acier peut endurer.
Ces traits signifient qu’il pourrait être utilisé de diverses manières, ont déclaré les chercheurs.
« Il fournit à l’industrie et aux militaires les bases de créer de nouveaux matériaux pour l’hypersonie et les moteurs de turbine haute performance », a déclaré Harmer.
