夏天就在眼前，但热浪已经袭来。从令人窒息的阳光到炙热的烤架，感觉炎热（以及降温）已成为当下的日常。《大众科学》将为您带来最新的科学知识、装备和巧妙的 DIY 点子，帮助您轻松度过一年中最炎热的季节。欢迎来到“热月”。
您厨房里的烤箱在烹饪晚餐时，可以轻松加热到 400 华氏度左右，但世界上有许多地方的温度要高得多。您可能不会经常想到它们，但旧灯泡的灯丝、喷气发动机的内部以及航天器的隔热罩都面临着更严酷的高温。这些环境需要特殊的材料来应对极端的高温。
这些物质能让这些地方在不融化、不燃烧、不散架、不爆炸的情况下正常运行。
陶瓷正值热门时期
材料科学家将物质分为三类：陶瓷、金属和聚合物（也称为塑料）。陶瓷最耐热，聚合物最不耐热，但工程师在选择合适的材料时还必须考虑其他特性——例如导电性或重量。
但就世界上最热的地方而言，陶瓷材料总是首选。
“陶瓷的熔点最高，”西北大学材料科学与工程学教授 David Dunand 说。陶瓷不仅能即时应对高温，还能长期耐受高温而不会像其他材料那样快速降解。
陶瓷的例子不乏常见物品，如玻璃、砖块和陶器。您甚至可能在厨房里有一把陶瓷刀——锋利但易碎。
其耐受性的关键在于材料在原子层面的键合：它们是共价键，非常坚固。（还记得高中化学吗？抱歉。）“热振动不会破坏原子之间的键，”Dunand 解释说。
陶瓷材料非常适合炼钢的鼓风炉等地方。这些材料需要承受可能高于 3000 华氏度的温度，并且持续时间很长。“鼓风炉——您不能停下，”Dunand 说。“一旦启动，它就必须 365 天运转，否则就会堵塞。”
在陶瓷类别中，有一个明显的佼佼者。“在最极端的高温情况下，您实际上会使用碳，”Dunand 指出。“它是高温下最顶级的陶瓷。”例如，飞机的刹车——或航天器的隔热罩——可能以不同形式使用这种材料。
碳在保护 NASA 帕克太阳探测器免受太阳辐射的隔热罩中发挥着关键作用。据 NASA 称，它能够承受高达 3000 华氏度的温度，尽管实际上它只能承受大约 2500 华氏度的温度。
您可能会听说过一种叫做碳-碳的材料，它通常是碳纤维和另一种碳的混合物，通常是石墨，西北大学材料科学与工程学兼职教授 Ian McCue 说道。帕克太阳探测器隔热罩的两层都由碳-碳构成。“它是任何高温飞机的首选材料，”他说。“国防部门使用它；NASA 也使用它。”
喷气发动机内部有火
仅次于陶瓷的是金属，其中一类特别的金属非常重要：镍基高温合金。（合金是金属的组合。）Dunand 说，这种材料在喷气发动机的炽热内部起着关键作用，在那里，涡轮叶片“直接接触燃烧的燃料”。
这种金属混合物不仅耐热，而且“延展性和韧性好，”他指出。这意味着即使不幸有鸟类被吸入，部件也不会破碎。
工程师希望发动机内部温度更高。“未来，人们希望提高发动机的工作温度——喷气燃料可以燃烧得更热，”他指出。“您燃烧燃料的温度越高，就能从燃料中提取越多的能量。”
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他说，这些金属通常能承受大约 2190 华氏度或更低的温度。Dunand 说，这些合金经过数十年的“精心调整”，以应对越来越高的温度。一般来说，它们可以轻松地在接近其熔点的 80% 的温度下运行。
一款巨大的现代喷气发动机是 GE9X，它在其炽热的内部同时使用了金属和陶瓷。
另一台类似喷气发动机的机器也使用了这些镍基高温合金：燃烧天然气的发电机。
他说：“如果您仔细想想，镍基高温合金是我们电力和飞机的核心——所以可以说，没有它，我们所知的现代生活将非常困难。”
另一种特殊的金属值得一提：钨，它拥有同类材料中最高的熔点。它在高达 6192 华氏度的温度下熔化，这使得它在白炽灯泡的可控环境中成为灯丝的不错选择。
最后，聚合物——或塑料——例如聚乙烯，在耐热性方面并不出色。以热塑性塑料瓶为例，它可以轻松熔化。但有些仍然很坚固：凯夫拉（Kevlar）是热固性聚合物类别中的一种人造材料。凯夫拉用于防弹背心和炸弹服等服装，非常坚固。“强度与熔点相关，”Dunand 说。“由于它是一种高熔点聚合物，您可以在高温下使用它。”
