从物理学角度，航空发动机燃烧室和涡轮扇叶的高温合金材料的耐热性能存在理论温度上限吗？ 第1页

这个问题必从两个角度来回答，一个是物理学，另外一个是工程学，单纯从物理上考虑是没有任何现实意义的。

我们只讨论最热的高压涡轮叶片。 从物理上来看，高压涡轮叶片材料现在来看主要是镍基，加入大量的铝钛和钽用于形成析出强化gamma prime, 加入少量重金属元素钨钼等用于固溶强化，再加上改善工艺的一些微量元素，实际上一个涡轮叶片的可控的主要元素不超过二十个。这些材料普遍熔点在1300度多一点，有70%的 gamma prime相，gamma prime相的溶解温度在1250度左右。航发工业几十年下来业界已经有了比较成熟的开发方法，数据库和单晶制备工艺。比如用热定力学模型来设计合金成分并预测材料性能，这个工作可以外包给任何一个有材料专业的大学去做，只要他们可以使用现有的热动力学数据库，他们要做的无非是尝试在这十几种元素中做排列组合和优化，实践经验欠缺的研究机构喜欢用神经元和统计模型做优化，实验经验丰富的机构喜欢做小样试验。所以这个工作其实如果放在大学科研这一层也很简单，反正你就是十几个元素组合呗，你可以把铼加个10%，或者把钨加到20%，或者加钽加个20%，然后做个小样宣称你的材料熔点达到了1500度，然后发文章给一个纯理论的期刊也能登出来。

可是从工程上来看，你加10%的铼我们的发动机还卖不卖了，铼有多贵知道吗？全世界储量就能么点儿去哪里弄? 你加20%的钨我们叶片重量就要增加离心力增加一倍(注5/25修改:应是重量和离心力增加40%)，我们的涡轮盘咋设计啊? 你加钽20%高温下立马形成氧化层把热涂层都崩了这叶片还有用吗？所以纯讨论物理极限是没有意义的，工程上制约因素太多了。发动机的设计是一个系统工程，牵一发而动全身。我们是希望继续提高涡轮前温度来提高发动机工作效率，但是这已经不是涡轮叶片材料的问题，压气机出口温度，燃烧室，涡轮盘，甚至是各个组件之间的连接螺栓都会受到影响。所以现在各大发动机制造商并不是一味追求提高涡轮叶片材料工作温度，而是提高所有系统的优化。

当然新材料开发当然也是有意义的，提高基体材料的极限温度也是有意义的，但是这绝不只是推高材料熔点。现有的单晶叶片材料需要提高的是高温下的防腐蚀性能，材料表面对缺陷的容忍度，热涂层材料的稳定性等等。冷却孔总会堵塞，涂层也可能被FOD击穿，如果基体材料局部暴露在超过熔点的高温下，怎样保证叶片其他部分的材料会不会立刻失效，这些都是必须解决的问题。