科学家造出“超强合金”，高温下也不融化

为克服现有材料的局限，工程师们长期以来一直依赖镍基高温合金来制造必须承受热空气或燃烧气体的部件。这类材料是燃气轮机及其他高温系统中的标准材料。
卡尔斯鲁厄理工学院应用材料研究所——材料科学与工程系的马丁·海尔迈尔教授解释道：“现有的高温合金由多种不同金属元素构成，其中包括一些稀有元素，因此它们兼具多种性能。它们在室温下具有延展性，在高温下性能稳定，且抗氧化。”“然而，问题在于——它们的工作温度，即安全使用温度，最高仅约1100摄氏度。这一温度过低，无法充分发挥涡轮机或其他高温应用中提升效率的潜力。事实上，燃烧过程的效率会随温度升高而提高。”
技术飞跃的契机
认识到这一性能局限后，海尔迈尔团队着手寻找新的解决方案。在德国研究基金会（DFG）的“极端条件下应用的复合材料基材料化合物”（MatCom-ComMat）研究培训小组项目中，该团队研发出一种结合了铬、钼和硅的新型合金。这种难熔金属基材料的发现，现任波鸿鲁尔大学教授的亚历山大·考夫曼博士功不可没，它展现出前所未有的性能。
考夫曼表示：“这种合金在室温下具有延展性，熔点高达约2000摄氏度，而且——与目前已知的难熔合金不同——即使在关键温度范围内，其氧化速度也很慢。这激发了我们的愿景：制造出适用于远高于1100摄氏度工作温度的部件。因此，我们的研究成果有望实现真正的技术飞跃。”尤其值得注意的是，尽管计算机辅助材料开发已取得巨大进展，但抗氧化性和延展性仍难以充分预测，无法实现有针对性的材料设计。
更高效率，更低消耗
海尔迈尔解释道：“在涡轮机中，即使温度仅升高100摄氏度，也能减少约5%的燃料消耗。这一点对航空业尤为重要，因为在未来几十年内，电动飞机几乎无法适用于长途飞行。因此，大幅降低燃料消耗将是一个关键问题。借助更耐用的材料，发电厂中的固定式燃气轮机也能以更低的二氧化碳排放运行。”“为了能在工业层面使用这种合金，还需要许多其他开发步骤，”海尔迈尔说，“然而，通过这项基础研究的发现，我们已达成一个重要里程碑。全球各地的研究团队现在都可以在此成果的基础上继续探索。”