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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
太陽(yáng)系系主任
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科學(xué)家鍛造出難以熔化的“超級(jí)合金”
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科學(xué)家鍛造出難以熔化的“超級(jí)合金” 高溫金屬對(duì)驅(qū)動(dòng)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、X射線系統(tǒng)及其他先進(jìn)技術(shù)至關(guān)重要。其中最耐熱的當(dāng)屬難熔金屬,如鎢、鉬和鉻,它們的熔點(diǎn)均在2000攝氏度(約華氏3600度)左右或更高。盡管具有卓越的耐熱性,這些金屬仍存在重大缺陷:在常溫下質(zhì)地脆硬,暴露于氧氣中會(huì)迅速氧化,導(dǎo)致在600至700攝氏度(約華氏1100至1300度)時(shí)就會(huì)失效。正因如此,它們只能用于特殊真空環(huán)境。 “現(xiàn)有超級(jí)合金由多種金屬元素構(gòu)成,包括一些稀有元素,從而兼具多種特性。它們?cè)谑覝叵戮哂醒诱剐,在高溫下保持穩(wěn)定,并具備抗氧化能力。但問題在于其安全使用溫度上限最高僅為1100攝氏度。這個(gè)溫度對(duì)于充分發(fā)揮渦輪機(jī)或其他高溫應(yīng)用的效率潛力而言實(shí)在太低。事實(shí)上,燃燒過程的效率是隨溫度提升而增加的。”德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院教授Martin Heilmaier解釋道。 認(rèn)識(shí)到這一性能局限,Heilmaier團(tuán)隊(duì)開始尋求新解決方案,并開發(fā)出由鉻、鉬和硅組成的新型合金。這種難熔金屬基材料展現(xiàn)出前所未有的特性。日前,相關(guān)研究發(fā)表于《自然》。 最新研究成功研制出突破性合金,該合金結(jié)合鉻、鉬和硅元素,性能有望超越當(dāng)前渦輪機(jī)和噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的鎳基合金。圖片來源:Shutterstock “該合金在室溫下具備延展性,熔點(diǎn)高達(dá)約2000攝氏度,且與已知難熔合金不同,即使在臨界溫度區(qū)間也僅緩慢氧化。這為實(shí)現(xiàn)部件適用溫度顯著超越1100攝氏度的愿景奠定了基礎(chǔ)。因此,我們的研究成果有可能引發(fā)真正的技術(shù)飛躍!钡聡(guó)波鴻魯爾大學(xué)的Alexander Kauffmann博士表示。 這一成就尤為難得,因?yàn)楸M管計(jì)算機(jī)輔助材料開發(fā)已取得長(zhǎng)足進(jìn)步,但抗氧化性和延展性仍無法被充分預(yù)測(cè)以實(shí)現(xiàn)靶向材料設(shè)計(jì)。 “在渦輪機(jī)中,僅100攝氏度的溫升就能降低約5%的燃料消耗!盚eilmaier解釋道!斑@對(duì)航空業(yè)尤為重要,因?yàn)槲磥頂?shù)十年內(nèi)電力驅(qū)動(dòng)的飛機(jī)仍難以適用于長(zhǎng)途飛行。因此,顯著降低燃料消耗將成為關(guān)鍵議題。發(fā)電廠的固定式燃?xì)廨啓C(jī)也可憑借更堅(jiān)固的材料實(shí)現(xiàn)更低二氧化碳排放。要將該合金投入工業(yè)應(yīng)用,仍需完成諸多開發(fā)步驟。但通過這項(xiàng)基礎(chǔ)研究的發(fā)現(xiàn),我們已抵達(dá)重要里程碑。全球研究團(tuán)隊(duì)現(xiàn)可基于此項(xiàng)成果繼續(xù)推進(jìn)! 相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-025-09516-8 |

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