Annons
Annons
Annons
Annons
Annons
Annons
Annons
Annons
Elektronikproduktion | 11 juni 2010

Material som trivs i hetluften

YtbelÀggningar för industriverktyg och elektronik ska tÄla uppÄt 1000 graders vÀrme och helst bli hÄrdare ju mer de hettas upp. Men vad Àr det egentligen som hÀnder?
Studier pÄ atomnivÄ av ett forskarteam vid Linköpings universitet visar att nÀrbeslÀktade metaller kan upptrÀda helt olika nÀr temperaturen höjs till kritiska nivÄer. Resultaten fÄr stor betydelse vid design av nya material.

Titan-aluminium-nitrid (TiAlN) Àr ett vÀlkÀnt material och mycket anvÀndbart i bland annat skÀrverktyg eftersom det behÄller sin hÄrdhet, eller till och med blir hÄrdare, vid temperaturer kring 800 grader. Tidigare anvÀndes titannitrid som bara klarade 500 grader. Tillskottet av aluminium gjorde susen den gÄngen, och nu demonstrerar LiU-forskarna ett alternativ med Ànnu bÀttre egenskaper.

Carina Höglund, tunnfilmsfysiker, och Björn Alling, som Ă€gnar sig Ă„t teoretisk materialfysik, bytte ut titan mot skandium - Ă€ven det en sĂ„ kallad övergĂ„ngsmetall och titanets nĂ€rmaste granne i periodiska systemet. Resultaten publiceras i den ansedda tidskriften Physical Review B dĂ€r deras artikel lyfts fram som ett ”Editor’s suggestion”.

TiAlN hör till de moderna material som bara kan framstÀllas med tunnfilmsteknik, dÀr de byggs upp atomlager för atomlager i en vakuumkammare. I kammaren finns en bit av vardera metallen, som bombarderas med argonjoner för att slÄ loss atomerna. Samtidigt blÄser man in en dimma av kvÀvgas. De tre atomslagen titan, aluminium och kvÀve kondenserar pÄ en yta, medan argon som Àr en Àdelgas inte blandar sig med de andra. Resultatet blir en film av det nya materialet, cirka 500 atomlager i tjocklek.

Äldre tiders materialforskning byggde helt pĂ„ experiment. Man smĂ€lte ihop olika metaller för att se vad som hĂ€nde, koppar och tenn blev brons, jĂ€rn och krom blev rostfritt stĂ„l och sĂ„ vidare. Men om man vill blanda tre eller fyra grundĂ€mnen sĂ„ blir antalet möjliga kombinationer snabbt för stort och experimenten alltför vidlyftiga. HĂ€r kommer den teoretiska materialfysiken in i bilden. Den dialektiska processen mellan berĂ€kningar och experiment har skapat nya möjligheter för materialutveckling, sĂ€rskilt sedan datorerna blev tillrĂ€ckligt kraftfulla för att klara av Ă€ven de vĂ€rsta ekvationer.

DĂ€rför visste Carina Höglund redan en del av vad som vĂ€ntade nĂ€r hon for till Grenoble och den europeiska synkrotronanlĂ€ggningen för att undersöka sina materialprover in pĂ„ bara skinnet. Synkrotronljus Ă€r en röntgenstrĂ„lning med mycket hög intensitet som gör det möjligt att följa ”live” vad som hĂ€nder nĂ€r materialen hettas upp till de kritiska nivĂ„erna.

NÀr temperaturen i titanmaterialet nÄdde 800-1000 grader strÀvade de olika atomslagen efter att sÀra pÄ sig och legeringen föll sönder. I skandiumlegeringen började det hÀnda saker först vid 1000-1100 grader: skandium och aluminium delade upp sig i olika skikt men de olika atomerna hakade fortfarande i varandra, vilket troligen ökar hÄrdheten.

- NÀsta steg Àr att göra en hÄrdhetsmÀtning, men det gÄr inte att göra pÄ vÄra tunna filmer. Vi tror ÀndÄ att vÄra resultat öppnar en ny vÀg för design av framtida material för hÄrda ytbelÀggningar och elektronik, sÀger Carina Höglund.

Men att just skandium, upptÀckt av svensken Lars Fredrik Nilson 1879, kommer att slÄ igenom som komponent i nya material Àr knappast troligt. Metallen som idag bara anvÀnds i speciella legeringar i flygplan Àr svÄrtillgÀnglig och dyrbar. I hela vÀrlden utvinns bara 10 kg per Är.
Annons
Annons
Annons
Annons
Visa fler nyheter
2019-01-11 20:28 V11.10.27-1