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记者：张晴丹
高温金属对驱动飞机发动机、燃气轮机、X射线系统及其他先进技术至关重要。其中最耐热的当属难熔金属，如钨、钼和铬，它们的熔点均在2000摄氏度（约华氏3600度）左右或更高。尽管具有卓越的耐热性，这些金属仍存在重大缺陷：在常温下质地脆硬，暴露于氧气中会迅速氧化，导致在600至700摄氏度（约华氏1100至1300度）时就会失效。正因如此，它们只能用于特殊真空环境。
“现有超级合金由多种金属元素构成，包括一些稀有元素，从而兼具多种特性。它们在室温下具有延展性，在高温下保持稳定，并具备抗氧化能力。但问题在于其安全使用温度上限最高仅为1100摄氏度。这个温度对于充分发挥涡轮机或其他高温应用的效率潜力而言实在太低。事实上，燃烧过程的效率是随温度提升而增加的。”德国卡尔斯鲁厄理工学院教授Martin Heilmaier解释道。
认识到这一性能局限，Heilmaier团队开始寻求新解决方案，并开发出由铬、钼和硅组成的新型合金。这种难熔金属基材料展现出前所未有的特性。日前，相关研究发表于《自然》。
新研究成功研制出突破性合金，该合金结合铬、钼和硅元素，性能有望超越当前涡轮机和喷气发动机中使用的镍基合金。图片来源：Shutterstock
“该合金在室温下具备延展性，熔点高达约2000摄氏度，且与已知难熔合金不同，即使在临界温度区间也仅缓慢氧化。这为实现部件适用温度显著超越1100摄氏度的愿景奠定了基础。因此，我们的研究成果有可能引发真正的技术飞跃。”德国波鸿鲁尔大学的Alexander Kauffmann博士表示。
这一成就尤为难得，因为尽管计算机辅助材料开发已取得长足进步，但抗氧化性和延展性仍无法被充分预测以实现靶向材料设计。
“在涡轮机中，仅100摄氏度的温升就能降低约5%的燃料消耗。”Heilmaier解释道。“这对航空业尤为重要，因为未来数十年内电力驱动的飞机仍难以适用于长途飞行。因此，显著降低燃料消耗将成为关键议题。发电厂的固定式燃气轮机也可凭借更坚固的材料实现更低二氧化碳排放。要将该合金投入工业应用，仍需完成诸多开发步骤。但通过这项基础研究的发现，我们已抵达重要里程碑。全球研究团队现可基于此项成果继续推进。”
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