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科學家打造新型“超合金” 有望革新噴氣發動機與發電廠技術

文章來源：新能源網更新時間：2025-10-23 15:25:27

近日，卡爾斯魯厄理工學院（KIT）與魯爾大學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，能夠在比傳統超合金更高的溫度下長期保持穩定。這一材料展示出在高溫環境下出色的耐受性，有望應用于更高效的航空渦輪和工業燃氣輪機。

高溫耐受金屬廣泛應用于噴氣發動機、燃氣輪機和X射線設備等領域。其中耐火金屬如鎢、鉬和鉻的熔點可達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、含氧或燃燒環境下作為渦輪等關鍵部件。鎳基超合金成為高溫應用的行業標準。

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

正是由于材料性能的瓶頸，Heilmaier教授帶領的團隊在德國研究基金會（DFG）資助下，開展了“極端環境復合材料應用材料研究小組”項目，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（現在任職于魯爾大學波鴻）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，熔點高達2000攝氏度，并且——與已知的耐火合金不同——即使在關鍵高溫區也僅緩慢氧化。我們有望制造出能在遠高于1100攝氏度環境下運行的部件。此次研究成果有潛力實現真正的技術飛躍。”目前，抗氧化性與韌性依然難以通過計算機輔助材料設計進行精準預測，這一成果尤為引人注目。

Heilmaier教授指出：“在渦輪結構中，溫度每提高100攝氏度，燃料消耗可降低約5%。這對航空業尤為關鍵，預計未來幾十年，電動飛機難以實現長距離飛行，因此減少燃料消耗將是核心需求。發電廠中，如果能用更堅固的材料，燃氣輪機也將有助于減少二氧化碳排放。但要讓這種合金實現工業化應用，還需進一步開發。”

“不過，我們在基礎研究方面已邁出重要一步，全世界的研究團隊現在都可在此基礎上繼續推進。”

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