Maantjes boven een craquelé planeet
Op zoek naar een legering van titanium en niobium die warm noch koud blaast…
Zien we hier kleine maantjes in orbit rond een verscheurde planeet? In werkelijkheid kijken we mee door de microscoop van materiaalkundige Matthias Bönisch. Hij ontwikkelt legeringen, mengsels van metalen. In dit geval kijken we naar een 3D-geprint plaatje van titanium – de donkere ‘craquelures’ op de foto – en niobium – de lichtere delen. De bolletjes zijn eigenlijk gaatjes: poriën die ontstaan zijn door gasbellen.
Legeringen met titanium worden veel gebruikt, legt Bönisch uit. “Zo’n legering is biocompatibel, dat wil zeggen: het materiaal wordt goed verdragen door het lichaam. Denk aan implantaten om een heup of knie te vervangen. Ook in de lucht- en ruimtevaart worden legeringen op basis van titanium vaak ingezet; titanium is sterk en bestand tegen corrosie – tegen roest, dus.”
Ondertussen gaat de zoektocht naar nieuwe materialen met specifieke eigenschappen verder. Bij het onderzoek van Bönisch draait alles rond thermische expansie. De meeste metalen zetten uit als de temperatuur stijgt. Maar ook het omgekeerde bestaat: heat shrink of metalen die krimpen bij een hogere temperatuur. “De metalen bevatten kleine kristallen, zeg maar korreltjes, die in een bepaalde oriëntatie staan. Of deze legering uitzet of net krimpt als ze opwarmt, hangt af van de richting van die kristallen.”
Als de onderzoekers nu op microscopisch niveau gaan spelen met de richting van de kristallen, dan verandert ook de reactie van de legering op hitte. En het is zoeken naar de sweet spot tussen krimpen en uitzetten: een legering die stabiel blijft, hoe warm of koud het ook wordt. “In de ruimte is dat een waardevolle eigenschap. Je wil in een satelliet immers geen metalen onderdelen die heel erg kunnen variëren in volume, en daardoor andere componenten kunnen beschadigen.”
Het plaatje van titanium en niobium dat we hier zien, is een eerste poging daartoe. “Bij dit experiment hadden de kristallen nog niet de gewenste structuur”, zegt Bönisch. “En die gasbellen willen we ook liever vermijden.” We noteren: geen maantjes gewenst op een planeet met zero thermische expansie. ● (if)
Lees meer op stories.kuleuven.be »