一种新型耐高温材料在节能燃气轮机等领域展现出巨大应用潜力。

未来，一种新型材料或有助于降低航空发动机和燃气轮机消耗的化石燃料。卡尔斯鲁厄理工学院的研究团队开发出迄今性能无与伦比的难熔金属基合金。这种由铬、钼、硅构成的新型复合材料在常温下具有延展性，熔点约达2000摄氏度，即便在高温环境下仍能保持稳定性，同时具备抗氧化性。相关研究成果已发表于《自然》期刊。
航空发动机、燃气轮机、X射线设备等众多技术应用领域都需要耐高温金属材料。钨、钼、铬等难熔金属的熔点接近或超过2000摄氏度，具有极佳耐高温特性。但其实际应用存在局限：常温下质地脆硬，接触氧气时会在600至700摄氏度就开始氧化失效，因此只能在技术复杂的真空环境下使用——例如作为X射线旋转阳极靶。
基于这些挑战，数十年来高温部件普遍采用镍基高温合金来应对空气或燃烧气体环境。例如燃气轮机就以其作为标准材料。"现有高温合金由多种金属元素构成，包括稀有元素，从而兼具多种特性：常温延展性、高温稳定性及抗氧化性，"卡尔斯鲁厄理工学院应用材料研究所的马丁·海尔迈尔教授解释道，"但症结在于其安全使用温度上限仅为1100摄氏度。这个温度对于充分释放涡轮机等高温设备效能潜力而言过低。事实上，燃烧过程的效率随温度升高而提升。"

技术飞跃的契机

现有材料的这一局限性正是海尔迈尔课题组的出发点。在德国研究联合会资助的"极端环境复合材料"研究培训项目中，团队成功研制出铬-钼-硅三元合金。这种难熔金属基合金（现任职波鸿鲁尔大学的亚历山大·考夫曼博士在其研发中作出重要贡献）展现出前所未有的特性："它不仅具备常温延展性，熔点高达约2000摄氏度，更关键的是在临界温度区间的氧化速率远低于已知难熔合金。这为实现超过1100摄氏度工作温度的部件制造带来了希望，我们的研究成果可能推动真正的技术飞跃。"考夫曼强调这一突破的非凡意义——尽管计算机辅助材料研发取得长足进步，但材料的抗氧化性与延展性至今仍无法通过预测实现精准设计。

效能提升与能耗降低

"在涡轮机中，即使仅提高100摄氏度工作温度，也能降低约5%的燃料消耗，"海尔迈尔解释道。这对航空业尤为重要，因为未来数十年内电动飞机仍难以胜任长途飞行，降低燃油消耗将成为核心议题。更坚固的材料还能帮助发电厂固定式燃气轮机实现更低二氧化碳排放。"虽然要实现工业化应用还需完成诸多研发步骤，"海尔迈尔表示，"但我们的基础研究发现已树立重要里程碑，全球科研团队都可基于此项成果继续推进。"
消息来源：卡尔斯鲁厄理工学院

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