多组元铌硅合金

断裂韧性达 18.92 MPa·m¹ᐟ²

一种经数据科学优化的高温铌硅合金，通过成分设计同步提升断裂韧性与高温强度，同时消除了韧性与强度的传统矛盾。

徐超 · 陈德志（Chen Dezhi） · Zhang, Xiaofu · 王琪 · Jingyue, Yu · 王墅 · 郭景杰 · 傅恒志 · 陈瑞润 · Lookman, Turab

Nature Communications 2026

具体参数

断裂韧性

{'zh': '18.92', 'en': '18.92'} MPa·m1/2

抗拉强度

{'zh': '322', 'en': '322'} MPa

晶格失配

{'zh': '67.6', 'en': '67.6'} %

技术优势

同步提升韧性与强度

通过机器学习引导的成分设计，克服了断裂韧性和高温强度之间的传统权衡，使合金在保持高强度的同时具备可加工性。

性能超过现有合金

优化的合金在铸态下即达到 18.92 MPa·m1/2 的断裂韧性和 1250 °C 下 322 MPa 的强度，优于所有已报道的铸态 Nb-Si 合金。

机理清晰可解释

SHAP 分析揭示了熔化焓和原子半径失配如何控制性能，微观结构分析表明优异性能源于纳米级 γ'-Nb5Si3 相的弥散分布以及相界处 67.6% 晶格失配引起的裂纹偏转。

应用场景

• 航空发动机热端部件：用于制造涡轮叶片等热端部件，在高温下保持强度且可加工成型。
• 高温结构件：适用于需要同时承受高温和机械应力的结构件，兼具韧性与强度。
• 先进高温合金：作为新一代高温合金，通过数据科学优化成分，打破传统性能平衡。
• 增材制造用合金：铸态即具备可加工韧性，适合增材制造工艺，无需后续热处理。
• 燃气轮机部件：可替代现有燃气轮机高温部件材料，提高使用温度和寿命。