耐高温材料

为了从燃料中提取有用的功，它必须首先燃烧，以使一些流体(通常是蒸汽)升高温度．热力学的值越高温度的值越大效率的转换热工作;因此，开发能够在更高温度下工作的燃烧室、活塞、阀门、转子和涡轮叶片的材料至关重要。第一个蒸汽机效率不到1%，而现代蒸汽涡轮发电机实现效率35%或更多。这种改进部分来自于改进的设计和金属加工精度，但很大一部分是使用改进的高温材料的结果。早期的发动机是由铸铁然后是普通钢。后来，高温合金中含有镍、钼、铬和硅在540°C(1000°F)以上的温度下不会熔化或失效。但是现代燃烧过程已经接近金属的有用温度极限，因此可以在更高温度下工作的新材料——特别是金属间化合物化合物陶瓷也正在开发中。

结构特点限制了使用金属在高温下两者都是原子和电子。所有材料包含混乱．其中最简单的是原子平面的结果，这些原子平面没有延伸到整个水晶，所以在平面结束的地方，有一条线的原子比正常的少。在金属中，外层电子可以自由移动。这样，当施加压力时，位错可以移动以缓解压力。结果就是金属是韧性:它们不仅可以很容易地加工成所需的形状，而且在受到压力时，它们会逐渐变为塑性，而不是立即断裂。这是一个理想的特性，但是温度越高，影响越大塑料在压力下流动，如果温度过高，材料将变得无用。为了解决这个问题，人们正在研究位错运动的材料抑制．陶瓷，如氮化硅或碳化硅而且金属互化物如镍铝化物有希望，因为将它们结合在一起的电子以价键或离子键的形式高度定位。这就好像金属是由一种光滑的胶水粘在一起的，而在非金属中，原子是由坚硬的棒连接在一起的。因此，位错很难在非金属中移动;提高温度不会增加位错运动，也不会增加产生位错所需的应力收益率要高得多。此外，它们的熔点比金属的熔点高得多，对化学攻击的抵抗力也强得多。但这些令人满意的功能是有代价的。使它们具有吸引力的结构也使它们脆弱;也就是说，当受到高应力时，它们不流动，很容易破裂。现代研究旨在通过修改材料及其制作方法来克服这种缺乏延展性的问题。例如，热压陶瓷粉末可以最大限度地减少裂纹可能开始的缺陷数量，在金属间化合物中添加少量的某些金属可以增强通常发生裂纹的晶粒之间的凝聚力。这样的进步，伴随着智能设计，他们有望制造出比现有热机效率更高的热机。

钻石演习

金刚石钻头是如何改进旧材料的一个很好的例子。钻石是已知的最坚硬的物质，除了价格昂贵和晶体结构中有薄弱的平面外，它可以制成很好的钻头。因为天然钻石是单晶体，平面在整个材料中延伸，而且它们粘住很容易。这样的分裂飞机可以让钻石切割师制造出美丽的宝石，但对于钻穿岩石来说却是一场灾难。克服了这一限制Stratapax，一种烧结金刚石材料，由通用电气公司的美国．这包括人造金刚石被制成薄板的粉末，并通过烧结(通过将材料加热到熔点以下进行熔合)。因为金刚石板是多晶的，所以不能解理传播通过材料。其结果是一种非常坚硬的钻头，当它被用于钻穿岩石以获得石油和石油时，它不会因解理而失效天然气．