STIVERE: Skyskrapere bygges i økende grad av finkornstål med ultrahøy styrke/fasthet. Ved å utnytte egenskapene optimalt kan konstruktørene gjøre skyskraperen lettere, og redusere både stålmengden og bygningens belastning på underlaget. Stivheten gjør konstruksjonen mindre svaiende i sterk vind. FOTO: CHICAGO (Bilde: CHICAGO CC )
LETTERE: Moderne kampfly - her prototypen til Lockheeds nye Joint Strike Fighter - kan bygges "noen tonn" lettere takket være høyfast aluminium, svært sterke plast/fiberkompositter, ekstreme stållegeringer og titan.FOTO LOCKHEED (Bilde: LOCKHEED)
NANONIVÅ: Materialteknisk utvikling på nanonivå kan bare observeres i mikroskop. Utviklingen går i rasende fart fordi markedet trekker i FoU-folkene. Bildet viser styrt krystallvekst i keramer. FOTO:FRAUNHOFER (Bilde: FRAUNHOFER)
LYNTOG: Over nesten hele den vestlige verden pluss i Japan og Kina bygges nye toglinjer og togsett for massekommunikasjon. Kjøreveien gjør bruk av ny materialteknikk i form av stålskinner og betongsviller som gjør mer og koster mindre; togsettene er lettere enn noen gang pga. økt bruk av flyaluminium og fiberkompositter. FOTO: SNCF (Bilde: SNCF)

Materialteknisk revolusjon

Avanserte finkornstål

Mikrolegering av stål med ytterst fine korn svært jevnt fordelt, var lenge en vitenskap forbeholdt spesielle innsatsområder.

Nå finnes slike stål i alle typer produksjon.

Fine korn jevnt fordelt minsker nemlig risikoen for defekter i stålet, eller såkalte dislokasjoner. Dette øker fastheten til det dobbelte, uten innsats av spesielt dyre eller kompliserte legeringselementer.

Ifølge materilateknologen Peter Ernst har tofasestålene den beste kombinasjon av egenskaper fordi de har inneslutninger av to størkningstyper av stål: Ferrittisk og austenittisk. Mens det før var vanlig at stål kunne utsettes for bruddlaster på 250-300 MPa (Newton pr. kvadrat millimeter), tåler de nyere finkornstålene både 700 og 800 MPa.

Lærer man seg å utnytte dette når konstruksjonene utformes, kan man gjøre dem lettere uten å svekke dem. En særlig utfordring er å få dem stive nok med lavere materialinnsats. For stor slankhet, svekker imidlertid konstruksjonens stivhet.

Høyfaste lettmetaller

Mer bruk av aluminium (Al) skyldes i stor grad at noen bransjer som bil- og bygningsindustrien i økende grad har fått øynene for materialets muligheter. For bilindustrien har kravet om lettere konstruksjoner og dermed et lavere drivstofforbruk, vært utslagsgivende for delvis eller hel overgang til aluminium. Spesialtilpassede legeringer og nye typer formingsverktøy har gjort overgangen enklere.

Siden omsmelting av returaluminium bare krever fem prosent av den opprinnelige prosessen fra aluminiumoksid, blir dette et billig råstoff for en del anvendelser. Omsmelting krever imidlertid en nøye sortering av returmaterialet før det går i gryta. Støpte gjenstander med høyt silisiuminnhold må holdes adskildt fra ekstrudert eller valset gods.

Etter hvert vil smelteverkene spesialisere seg på de ulike legeringene, slik at spesiallegerte aluminiumskvaliteter omsmeltes for seg. Det må ikke forekomme frie atomer av andre metaller – spesielt jern – i nærheten av aluminium. Da blir nemlig aliminiumet infisert. En god Al-konstruksjon vil veie under halvparten av en tilsvarende konstruksjon i stål.

Titan øker i bruk, ikke minst fordi nye produksjonstekniske metoder er kommet: Kraftig oppvarming av emnet, gjør at det når plastisk temperatur og siger nedover eller inn i formen. Superplastisk forming er på vei inn for fullt, ifølge Ernst. Titan er etterspurt fordi metallet er lett, sterkt og korrosjonsbestandig.

Skummede metaller – opprinnelig oppfunnet ved Institutt for flymaterialer i Moskva – øker også i bruk. Utrolig letthet og stivhet er oppnåelige egenskaper fordi fremstillingskostnadene er sunket til en brøkdel av de opprinnelige.

Plaster og keramer

Høyytelsesmaterialer basert på titanaluminider – intermetalliske produkter – trekkes frem av den sveitiske lederen av Sulzerkonsernets utviklingsavdeling Sulzer Innotec, Peter Ernst.

De blir stadig mer brukt i særlig varmepåkjente mekaniske områder, som f.eks. utblåsningsventiler (natriumkjølte!) for forbrenningsmotorer, og i gassturbiners varme deler. Men fortsatt må utviklierne etter Ernsts mening øke fastheten og oksidasjonsmotstanden i materialene.

Keramer av diverse oksidtyper (silisiumdioksid, aluminiumoksid og lignende), brukes i større utstrekning, for eksempel i turbindelen av turbokompressorer for forbrenningsmotorer.

Teflon

Mikrolegerte plaster er en nyhet: Høyfast spesialplast av type polyeter-eterketon (PEEK) armeres med teflonpartikler og blir et nytt materiale med høy fasthet og lav vekt. Innen nanoteknologien nevner Ernst særlig bruken av den "nye" formen for karbon – fullerener. Her kan molekylene være formet som rør, baller eller kremmerhus.

I rørform vil dette stoffet for eksempel kunne mikses inn i gummi og skape en spesielt hard variant, til bruk i ulike maskinelementer.

Norske utviklingsmiljøer jobber hardt med materialutvikling. Sintef og NTNU og miljøene på Kongsberg, og til dels på Raufoss, er svært aktive. Sintef nevner særlig utvikling av f.eks. nanorør, mens IFE på Kjeller arbeider med kremmerhus.

Det skal imidlertid mye til for å bearbeide molekylene slik at de hefter til en matriks og dermed kan brukes som armering.