קרמיקה
לקרמיקה תפקיד חשוב ביעילות המנוע והפחתת זיהום במכוניות ובמשאיות. לדוגמה, סוג אחד של קרמיקה, קורדריט (אלומיניום-סיליקאט מגנזיום), משמש כמצע ותומך לזרזים בממירים קטליטים. הוא נבחר למטרה זו מכיוון שלצד קרמיקה רבים הוא קל משקל, יכול לפעול בטמפרטורות גבוהות מאוד ללא התכה, ומוליך חום בצורה לא טובה (עוזר לשמור על חום הפליטה לטובת יעילות קטליטית משופרת). ביישום חדשני של קרמיקה, קיר גליל היה עשוי ספיר שקוף (תחמוצת אלומיניום) על ידי חוקרי ג'נרל מוטורס במטרה לבחון באופן חזותי את פעולתו הפנימית של תא הבעירה במנוע בנזין. הכוונה הייתה להגיע להבנה משופרת של בקרת הבעירה, מה שמוביל ליעילות רבה יותר של מנועי בעירה פנימית.
יישום נוסף של קרמיקה לצרכי הרכב הוא חיישן קרמי המשמש למדידת תכולת החמצן של גזי פליטה. לקרמיקה, בדרך כלל תחמוצת זירקוניום שאליה נוספה כמות קטנה של יטריום, יש את התכונה לייצר מתח שעוצמתו תלויה בלחץ החלקי של החמצן המקיף את החומר. לאחר מכן משמש האות החשמלי שמתקבל מחיישן כזה לבקרת יחס הדלק לאוויר במנוע על מנת להשיג את הפעולה היעילה ביותר.
בגלל שבירותם, קרמיקה לא שימשה כמרכיבים נושאי עומס ברכבי תובלה קרקעית במידה רבה. הבעיה נותרה אתגר להיפתר על ידי מדעני חומרים של העתיד.
חומרים לתעופה וחלל
המטרה העיקרית בבחירת החומרים למבני תעופה וחלל היא שיפור יעילות הדלק להגדלת המרחק הנסע והעומס המסור. מטרה זו יכולה להיות מושגת על ידי התפתחויות בשתי חזיתות: עלייה ביעילות המנוע באמצעות טמפרטורות הפעלה גבוהות יותר ומשקל מבני מופחת. על מנת לענות על צרכים אלה, מדעני חומרים מסתכלים על חומרים בשני אזורים רחבים - סגסוגות מתכת וחומרים מורכבים מתקדמים. גורם מפתח התורם לקידום חומרים חדשים אלה הוא היכולת הגוברת להתאים חומרים להשגת תכונות ספציפיות.
מתכות
רבות מהמתכות המתקדמות הנמצאות כיום בשימוש במטוסים תוכננו במיוחד ליישומים במנועי טורבינת גז, אשר מרכיביה חשופים לטמפרטורות גבוהות, גזים מאכלים, רעידות ועומסים מכניים גבוהים. במהלך תקופת מנועי הסילון המוקדמים (משנת 1940 לערך עד 1970) עמדו בדרישות התכנון על ידי פיתוח סגסוגות חדשות בלבד. אולם הדרישות החמורות יותר של מערכות הנעה מתקדמות הניעו את פיתוחן של סגסוגות חדשות שיכולות לעמוד בטמפרטורות העולות על 1,000 מעלות צלזיוס (1,800 מעלות צלזיוס), והביצועים המבניים של סגסוגות כאלה שופרו על ידי התפתחויות בתהליכי ההיתוך וההיצקות..
נמס ומתמצק
סגסוגות הן חומרים המורכבים משתי מתכות או יותר או ממתכת וחומר לא מתכתי המאוחדים באופן אינטימי, בדרך כלל על ידי התמוססות זו בזו כאשר הם נמסים. המטרות העיקריות של ההיתוך הן הסרת זיהומים וערבוב של החומרים המסגסנים בצורה הומוגנית במתכת הבסיס. התקדמות משמעותית נעשתה עם פיתוח תהליכים חדשים המבוססים על התכה תחת ואקום (לחיצה איזוסטטית חמה), מיצוק מהיר והתמצקות כיוונית.
בכבישה איזוסטטית לוהטת, אבקות שהועלו מראש ארוזות למיכל דק-דופן, מתקפל, שמונח בוואקום בטמפרטורה גבוהה כדי להסיר מולקולות גז ספוגות. לאחר מכן הוא אטום ומכניס לבית-בד, שם הוא חשוף לטמפרטורות ולחצים גבוהים מאוד. התבנית קורסת ומרתכת את האבקה יחד בצורה הרצויה.
מתכות מותכות מקוררות בקצב של כמיליון מעלות בשנייה, נוטות להתמצק במיקרו-מבנה הומוגני יחסית, מכיוון שאין מספיק זמן לגרעינים גבישיים להתייבש ולגדול. חומרים הומוגניים כאלה נוטים להיות חזקים יותר ממתכות "גרגיריות" טיפוסיות. ניתן להשיג שיעורי קירור מהירים על ידי קירור "מתז", בו מוקרנות טיפות מותכות על משטח קר. ניתן להשיג חימום והתמצקות מהירה גם על ידי העברת קרני לייזר בעלות עוצמה גבוהה על פני החומר.
שלא כמו חומרים מרוכבים (ראה להלן מרוכבים) מתכות גרגורות מציגות תכונות שאותן למעשה זהות לכל הכיוונים, כך שלא ניתן להתאים אותן כך שתתאים לנתיבי עומס צפויים (כלומר, מתחים המופעלים בכיוונים ספציפיים). עם זאת, טכניקה המכונה התמצקות כיוונית מספקת מידה מסוימת של התאמה. בתהליך זה טמפרטורת התבנית נשלטת באופן מדויק כדי לקדם היווצרות גבישים נוקשים מיושרים כאשר המתכת המותכת מתקררת. אלה משמשים לחיזוק הרכיב בכיוון היישור באותה צורה שבה סיבים מחזקים חומרים מרוכבים.
סגסוגת
התקדמות זו בעיבוד לוותה בפיתוח של "סגסוגות-על חדשות". סגסוגות-על הן סגסוגות בעלות חוזק גבוה, לעיתים קרובות מורכבות, העמידות לטמפרטורות גבוהות ולחץ מכני קשה המציגות יציבות גבוהה בפני השטח. בדרך כלל הם מסווגים לשלוש קטגוריות עיקריות: מבוסס ניקל, מבוסס קובלט וברזל. סגסוגות-על מבוססות ניקל שולטות בקטע של הטורבינה במנועי סילון. למרות שיש להם מעט מאוד התנגדות אינהרנטית לחמצון בטמפרטורות גבוהות, הם משיגים תכונות רצויות באמצעות תוספת של קובלט, כרום, טונגסטן, מוליבדן, טיטניום, אלומיניום וניוביום.
סגסוגות אלומיניום-ליתיום נוקשות ופחות צפופות מסגסוגות האלומיניום המקובלות. הם גם "סופר-פלסטיים", בגלל גודל התבואה הדק שניתן להשיג כעת בעיבוד. סגסוגות בקבוצה זו מתאימות לשימוש ברכיבי מנוע החשופים לטמפרטורות ביניים לטמפרטורות גבוהות; ניתן להשתמש בהם גם בעורות כנף וגוף.
סגסוגות טיטניום, כפי שעברו שינוי בטמפרטורות גבוהות, רואים שימוש מוגבר במנועי טורבינה. הם מועסקים גם במסגרות אוויר, בעיקר למטוסים צבאיים אך במידה מסוימת גם למטוסים מסחריים.
