隨著航空發動機推重比的提高，渦輪進口溫度不斷提高。推重比15~20一級渦輪風扇發動機的渦輪前溫度將要提高到2050~2150K，渦輪葉片材料本身承溫能力，也要求由1050~1100°C，提高到1150~1300°C。目前使用的Ni基單晶高溫合金難以滿足這一條件。新一代超高溫結構材料的研發勢在必行。針對未來高推重比航空發動機對材料的要求，必須開發新的耐高溫、高比強、具有良好的抗氧化能力和加工工藝性能的材料。相對于其他可選的超高溫結構材料，難熔金屬間化合物Nb-Si基超高溫合金具有高熔點（高于1750°C）、低密度（6.6~7.2g/cm3）、良好的高溫強度和可加工性，以及一定的斷裂韌性、疲勞性能等優點，被認為是最有希望取代第3代Ni基單晶高溫合金的候選材料。超高溫結構材料對綜合性能要求十分苛刻，必須平衡高溫強度、蠕變抗力、室溫韌性、抗氧化性和密度等各種相互矛盾的性能指標。在一個合金體系中，單相組織難以滿足這樣的要求，強度、韌性和環境穩定性等關鍵性能需要依靠不同相承擔。因此，Nb-Si基合金研發工作的關鍵點就是進行多相組織匹配設計，從而獲得強韌性及抗氧化性能的良好配合。

　　一、室溫韌性

　　Nb-Si基合金中延性相Nb固溶體是主要增韌相。Nb-Si基合金的斷裂韌性不僅依賴于延性相Nb固溶體的體積分數，也與Nb固溶體的幾何特征及形態分布有關。以初生枝晶形貌為主的Nb固溶體，其不發達的枝晶主干與細長的二次枝晶臂均起不到好的增韌作用，且會破壞熱處理組織的均勻性。另一方面，大尺寸的初生Nb5Si3以四方形橫截面形貌存在，在斷裂過程中會成為裂紋源和裂紋擴展通道，不利于斷裂韌性的提高。Nb固溶體呈規則網絡狀結構，Nb5Si3以孤立增強相均勻分布其中，Nb/Nb5Si3晶界大量增加，則可以增大裂紋通過共晶區域受到的抵抗程度，使斷裂韌性得到提高。

　　二、高溫強度

　　Nb-Si基合金的高溫強度隨著硅化物體積分數的增加而增加，為保證Nb-Si基合金的高溫強度，硅化物體積分數需在35%以上。固溶強化是提高其高溫強度的有效手段之一。Hf、W、Mo對Nb-Si基合金均有顯著的固溶強化作用，可以明顯提高材料的強度和抗蠕變性能，其中Hf在提高合金高溫強度的同時并不降低其室溫韌性。

　　三、抗氧化性能

　　純Nb合金的抗氧化性能較差，易氧化成Nb2O5，不能提供保護基體的能力，并且容易開裂剝落。雖然硅化物的抗氧化性能遠高于Nb固溶體，但在超高溫條件下也會發生氧化，且難以形成連續的保護性氧化膜。通過合金化，引入抗氧化性能優異的Cr2Nb，可以顯著提高合金高溫抗氧化性能。

　　目前，Nb-Si基合金的室溫韌性、高溫強度和高溫抗氧化性能等單項指標基本能達到航空發動機熱端部件的應用要求，但是尚難實現這三者之間的綜合匹配。尋求更合適的組織控制途徑，實現室溫韌性、高溫強度和高溫抗氧化性能的綜合匹配，是Nb-Si基超高溫合金研發的關鍵所在。