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一款高温新材料展现出巨大应用潜力——例如可用于高能效燃气轮机。

未来，一种新型材料或将为飞机发动机和燃气轮机降低化石燃料消耗作出贡献。卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）研究团队成功研制出具有突破性特质的难熔金属合金。这种由铬、钼、硅构成的全新组合材料在室温下具备可塑性，约2000摄氏度的熔点使其在极端高温环境中保持稳定，同时兼具抗氧化性。
耐高温金属材料被广泛应用于飞机发动机、燃气轮机、X射线设备及其他技术场景。难熔金属（如钨、钼、铬等熔点约达2000摄氏度的金属）具有最优异的高温耐受性。但其实际应用存在局限：室温环境下材质脆硬，在600-700摄氏度有氧环境中会迅速氧化失效。正因如此，该类材料（如医疗技术领域的X射线旋转阳极）仅能在技术复杂的真空条件下使用。
基于这些技术挑战，数十年来人们一直采用镍基高温合金制造需在高温下接触空气或燃气的部件。这类合金是燃气轮机的标准材料。"现有高温合金通过复合多种金属元素实现性能融合，兼具室温可塑性、高温稳定性与抗氧化性，"KIT应用材料研究所材料科学系的Martin Heilmaier教授解释道，"但关键局限在于其安全使用温度上限仅为1100摄氏度，这难以充分释放涡轮机组及其他高温应用场景的能效潜力。因为在燃烧过程中，效率随温度提升而增长。"

技术跨越新契机

Heilmaier课题组针对现有材料这一局限展开攻关。在德国科学基金会资助的"极端环境复合材料研究"研究生院项目框架内，研究人员成功开发出铬-钼-硅三元新型合金。这项由KIT与现波鸿鲁尔大学Alexander Kauffmann教授共同主导研发的难熔金属合金，呈现出前所未有的特性："该合金不仅具有室温可塑性、约2000摄氏度高熔点，更突破性地在临界温度区间仍保持缓慢氧化速率——这与传统难熔合金形成鲜明对比。这使得部件工作温度显著超越1100摄氏度成为可能，此项研究成果有望推动真正的技术跨越，"Kauffmann强调。尽管计算机辅助材料研发取得长足进步，但目前仍无法充分预测新材料的抗氧化性与可塑性参数。

能效提升与能耗降低

"涡轮机工作温度每提升100摄氏度，燃料消耗可降低约5%，"Heilmaier阐释道。这对航空领域尤为重要——鉴于未来数十年电动飞机仍难适用于长途航线，大幅降低航油消耗至关重要。同样，发电厂固定式燃气轮机也可借助更坚固材料实现更低二氧化碳排放运行。
"要实现该合金的工业化应用仍需完成大量研发工作，"Heilmaier说明，"但我们的基础研究已达成重要里程碑，这将为全球科研团队提供研发基础。"
消息来源：卡尔斯鲁厄理工学院

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