研究人员正在研究制造高温合金的新技术

北卡罗莱纳州立大学(North Carolina State University)正在牵头开展一项新举措，旨在解决一些基础科学问题，从而开发出能够承受极端高温的所谓“熵稳定合金”。该计划包括杜克大学、弗吉尼亚大学和加州大学圣地亚哥分校，由美国海军研究办公室(ONR)提供为期五年的840万美元资助。

“国防部需要在超高温(即2000摄氏度或更高的温度)下具有机械和化学稳定性的材料，”他说没有布伦纳他是神户制钢所材料科学与工程的杰出教授，也是ONR拨款的主要研究员。“这些材料可以在航空航天领域有重要的应用，但目前可用材料的数量很少，而且这些材料依赖于强大的化学键来保持稳定。在高温下，大多数材料就不再稳定了。”

为了解决超高温材料短缺的问题，ONR已经委托Brenner和研究团队的其他成员研究创造出能够承受高温的稳定熵合金的可行性。熵稳定合金是由四种或四种以上的元素组成的材料，其数量大致相等。近年来，由于其具有显著的性能，因此受到了广泛的关注。这些合金在超高温应用中很有价值，因为它们具有独特的“吸收”材料晶体结构无序性的能力，否则会导致材料的崩溃。

为什么失调很重要

晶体是由重复排列的原子组成的，不同晶体的原子排列不同。这种排列方式被称为晶体的“晶格型”。例如，一个晶体的原子被排列成一系列的立方体，而另一个晶体的原子被排列成一系列的三维六边形。

随着晶体温度的升高，它开始失去它的次序。这意味着单个原子可以四处移动。当这些原子重新排列时，它会影响结构——其中一个立方体可能会开始变成不同的形状。这可以以不同的方式发生，例如晶格扭曲或原子从晶格位置丢失。在足够高的温度下，这种无序会导致材料熔化，或者导致材料失去强度。

但在熵稳定的合金中，元素的混合可以在单一晶格类型上以许多不同的方式排列。换句话说，结构可以继续是一系列的立方体，即使构成结构的元素被打乱了。研究人员认为，即使原子变得无序，这种保持结构完整性的能力有可能增加熔点，使材料在超高温下有用。

研究问题

ONR拨款要求研究团队开发必要的科学概念，以确定是否有可能制造超高温高熵合金，如果有可能，如何制造。

“我们将开发新的实验方法，在超高温下评估高熵合金，”Brenner说。“例如，如果含有该合金的设备在该合金熔解之前熔化，该如何测试该合金?”我们如何评估一种材料是否会在极端温度下氧化，从而改变材料的性能?”

研究人员还将开发和修改计算技术，以确定最有前途的可能的高熵合金，然后可以针对这些合金进行额外的实验测试。

布伦纳说:“在确定了好的候选材料之后，我们将努力合成、加工和测试散装样品。”“然而，我们的工作并不一定是为了创造新材料，而是将新的理论、计算和实验工具引入更大的超高温材料领域。

布伦纳说:“同样重要的是要强调，所有这些工作都是真正的跨机构工作，吸收了所有相关各方的专业知识。”

研究人员不会在真空中工作。各种第三方将提供重要的意见，以帮助指导这项工作。

布伦纳说:“来自洛克希德-马丁公司、位于中国湖的海军空中武器站、空军研究实验室和海军研究实验室的研究人员，以及其他与DoD相关的实验室，将帮助建议我们的工作，特别是在国防部和民用需求方面。”