編譯／韋士塔

近來，科學家研發一種全新的複合材料「超合金」，展現出卓越的高溫耐受性，有可能顛覆噴射引擎與發電廠技術，預期將在高效率的節能飛機渦輪應用上大放異彩。

能夠承受極端高溫的金屬，對於飛機引擎、燃氣渦輪以及X光設備等高科技產品至關重要。在耐熱金屬中，鎢、鉬和鉻最常被使用，它們的熔點均高於2000℃。

然而，這些金屬在熱穩定性方面表現固然出色，也存在顯著的缺點；科學家指出，這些金屬在室溫下容易脆化，且與氧氣接觸時會迅速氧化，導致材料在600℃至700℃的環境下即失效。因此，使用這些材料時，往往僅限於複雜的真空環境。

德國卡爾斯魯厄理工學院（KIT）應用材料研究所的海爾邁爾（Martin Heilmaier）教授指出，為了克服這些挑戰，工程師們長期以來依賴鎳基超合金，這類合金廣泛應用於需要在高溫的空氣或燃燒環境中運行的零件，並已成為製造燃氣渦輪等裝置的標準選擇。

海爾邁爾教授指出，現有超合金由多種金屬元素組成，這些金屬包含稀有元素，目的是結合各種金屬的優異性能，例如在室溫下具有延展性、在高溫下穩定且具備抗氧化性。然而，當前使用的超合金，最大問題是它們的安全操作溫度上限約為1100℃。

海爾邁爾教授解釋：「若想進一步提升渦輪或其他在高溫環境下運行裝置的效率，這個安全操作溫度顯然不夠，因為燃燒過程的效率會隨著溫度的升高而提高，要想提升效率，勢必得開發出能夠承受更高溫度的合金。」

海爾邁爾教授的團隊，致力突破目前材料的限制，藉此掌握技術躍升的契機。在德國研究基金會（DFG）的資助下，這組被稱為「極端條件下的複合材料化合物」（MatCom-ComMat）研究小組，成功開發出一種由鉻、鉬和矽組成的新型合金。

主持全新合金研發作業的波鴻魯爾大學（RUB）材料科學家考夫曼（Alexander Kauffmann）博士表示，新型合金具備前所未有的特性，「此合金在室溫下具有延展性，熔點高達約2000℃，並且與目前已知的耐火合金不同，它在關鍵溫度範圍內的氧化速度極為緩慢，讓我們更可能製造在超1100℃環境下運行的組件。因此，我們研究成果極有可能實現技術上的真正飛躍。」

海爾邁爾教授進一步說明：「以渦輪來說，即使僅提高100℃的操作溫度，也能使燃料消耗降低約5%。這對於航空業而言尤其重要，因為在未來幾十年內，電動飛機幾乎不適用於長途飛行。

因此，大幅減少燃料消耗，將是這個產業的關鍵課題。發電廠中的燃氣渦輪，也能受益於更強大的材料，進而降低二氧化碳排放。」

海爾邁爾教授表示，新型合金象徵複合材料研發的重大里程碑，全球各地的研究團隊可利用他們的成果，進行後續研究，將這種合金應用於工業層面。