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科學(xué)家打造新型“超合金” 有望革新噴氣發(fā)動機(jī)與發(fā)電廠技術(shù)

文章來源：新能源網(wǎng) 更新時間：2025-10-23 15:25:27

近日，卡爾斯魯厄理工學(xué)院（KIT）與魯爾大學(xué)波鴻的研究人員成功研制出一種具有突破性性能的鉻-鉬-硅合金，能夠在比傳統(tǒng)超合金更高的溫度下長期保持穩(wěn)定。這一材料展示出在高溫環(huán)境下出色的耐受性，有望應(yīng)用于更高效的航空渦輪和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)。

高溫耐受金屬廣泛應(yīng)用于噴氣發(fā)動機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和X射線設(shè)備等領(lǐng)域。其中耐火金屬如鎢、鉬和鉻的熔點(diǎn)可達(dá)2000攝氏度以上，但這些金屬在室溫下易脆，暴露于空氣時又會迅速氧化，一般在600到700攝氏度就會失效。因此，它們通常只能在真空條件下使用，如X射線旋轉(zhuǎn)陽極等。為解決這些障礙，工程師們一直依賴鎳基超合金，在高溫、含氧或燃燒環(huán)境下作為渦輪等關(guān)鍵部件。鎳基超合金成為高溫應(yīng)用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

KIT應(yīng)用材料科學(xué)與工程研究所的Martin Heilmaier教授介紹：“現(xiàn)有的超合金由多種金屬元素組成，兼具室溫韌性、高溫穩(wěn)定性和抗氧化性。但它們的安全工作溫度上限大約是1100攝氏度，無法充分發(fā)揮渦輪和其他高溫設(shè)備的效率。實(shí)際上，燃燒過程溫度越高，效率越高。”

正是由于材料性能的瓶頸，Heilmaier教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在德國研究基金會（DFG）資助下，開展了“極端環(huán)境復(fù)合材料應(yīng)用材料研究小組”項(xiàng)目，成功研制出以鉻、鉬和硅為主要成分的新型耐火合金。這一合金在Dr. Alexander Kauffmann（現(xiàn)在任職于魯爾大學(xué)波鴻）的重要推動下問世，具備迄今未有的卓越性能。

Kauffmann博士表示：“該超合金在室溫下具備一定韌性，熔點(diǎn)高達(dá)2000攝氏度，并且——與已知的耐火合金不同——即使在關(guān)鍵高溫區(qū)也僅緩慢氧化。我們有望制造出能在遠(yuǎn)高于1100攝氏度環(huán)境下運(yùn)行的部件。此次研究成果有潛力實(shí)現(xiàn)真正的技術(shù)飛躍。”目前，抗氧化性與韌性依然難以通過計(jì)算機(jī)輔助材料設(shè)計(jì)進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測，這一成果尤為引人注目。

Heilmaier教授指出：“在渦輪結(jié)構(gòu)中，溫度每提高100攝氏度，燃料消耗可降低約5%。這對航空業(yè)尤為關(guān)鍵，預(yù)計(jì)未來幾十年，電動飛機(jī)難以實(shí)現(xiàn)長距離飛行，因此減少燃料消耗將是核心需求。發(fā)電廠中，如果能用更堅(jiān)固的材料，燃?xì)廨啓C(jī)也將有助于減少二氧化碳排放。但要讓這種合金實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，還需進(jìn)一步開發(fā)。”

“不過，我們在基礎(chǔ)研究方面已邁出重要一步，全世界的研究團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在都可在此基礎(chǔ)上繼續(xù)推進(jìn)。”

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