3399.最好的耐高温材料

2014.9.5

我国航空发动机的短板让我关注耐高温材料。最好的耐高温材料是碳元素，熔点摄氏3727度，沸点摄氏4830度，质量12.01115g/mol,资源广泛，强度高。

碳元素有两层核外电子：里层两个，外层四个。熔点反映了外层核外电子的离子温度，沸点反映了里层核外电子的离子温度。

在人们的传统观念中碳元素容易燃烧，煤炭、石油、木材等燃料好像都与碳元素有关。小时候我看《十万个为什么》中有一篇介绍钻石的文章，人们在阳光下拿放大镜观察钻石都可以使其消失，就因为其成分是碳元素。其实纯度很高的碳元素未必容易燃烧，因为燃烧是氢元素的裂变，转化为光子并置换为氧元素的过程，碳元素和氧元素都没有消失，而是转化为二氧化碳。碳元素的熔点在普通化学元素中是最高的，熔化尚且不易，放大镜加阳光怎么可能让其消失呢？

最难能可贵的是碳元素的质量很轻，强度很高，制造航空发动机可以得到很高的推重比。

我曾经担心碳元素的高温氧化，高温之下，氧元素都离子化了，谈何氧化？

碳元素熔点高，成型不易，但人们总有办法使其成型，并实现深层次核外电子共轭。

铍的熔点是摄氏1287度，沸点是摄氏2770度，原子质量只有9.0122g/mol,有两层核外电子，也是不错的耐高温材料，资源可能有限。硼的熔点是摄氏2030度，沸点不详，原子质量10.811g/mol，有两层核外电子；硅的熔点是摄氏1412度，沸点摄氏2680度，原子质量28.086g/mol,有三层核外电子，如能解决强度问题，也是可以考虑的材料。钪的熔点是摄氏1539度，沸点摄氏2730度，原子质量44.956g/mol;钛的熔点摄氏1670度，沸点摄氏3260度，原子质量47.90g/mol;钒的熔点摄氏1902度，沸点摄氏3400度，原子质量50.942g/mol;铬的熔点摄氏1857度，沸点摄氏2665度，原子质量51.996g/mol;铁的熔点摄氏1536.5度，沸点摄氏3000度，原子质量55.847g/mol;钴的熔点摄氏1495度，沸点摄氏2900度，原子质量58.9332g/mol;镍的熔点摄氏1453度，沸点摄氏2730度，原子质量58.71g/mol,都有三层核外电子，资源相对丰富，是比较常见的耐高温材料。钨、铼、锇、铱也是耐高温材料，熔点在摄氏两千度以上，且有五层核外电子，可能形成深层次的核外电子共轭，达到很高的强度，但资源有限、原子质量偏高，可能影响航空发动机的推重比，只能在合金材料中部分选用。

铁、镍的资源性好，但是导磁，受地球磁场影响较大，应予注意。还有就是每种化学元素与合金的核外电子共轭程度不同，影响强度和耐高温程度，要逐一筛选。

水银和铅的核外电子层次高达六层，但是可以形成核外电子共轭的层次很低，所以熔点、沸点、强度很低，不能只看核外电子层次选材。