战新产业 | ④新一代长寿命抗结焦高温合金诞生记
编者按
战略性新兴产业代表新一轮科技革命和产业变革的方向，是国家培育发展新动能、赢得未来竞争新优势的关键领域。5月24日，国资委召开的中央企业加快发展战略性新兴产业部署会指出，深刻认识新时代新征程国资央企使命任务，以高度的政治责任感和历史使命感，全力以赴发展战略性新兴产业。近年来，中央企业持续加大战略性新兴产业投入力度，国有经济战略支撑作用不断增强。《国资报告》杂志特推出战新产业系列报道，呈现央企在发展战略性新兴产业方面的成绩、经验与担当。今天，我们为您分享系列报道第四篇《新一代长寿命抗结焦高温合金诞生记》——
文 · 本刊记者 原诗萌《国资报告》杂志2023年第12期乙烯工业是石油化工产业的核心，乙烯产品占石化产品的75%以上，在国民经济中占有重要地位。我国是乙烯大国，截至2022年底，我国乙烯产能达到4675万吨/年，首次超过美国成为世界乙烯产能第一大国。预计到2025年产量将突破7000万吨。乙烯裂解炉是乙烯生产装置的核心设备，乙烯裂解炉管技术和质量的优劣直接决定了整套乙烯装置的生产规模、产量和产品品质。我国的乙烯裂解炉炉管现在主要使用耐热钢，但其抗结焦和渗碳能力有限，清焦周期和炉管寿命均比国外近几年推行的加铝材料炉管低一倍以上，导致我国使用传统耐热钢炉管生产技术的综合使用成本较国外加铝材料炉管高约600元/吨，且裂解能耗和节能减排面临较大压力。中国钢研所属钢研高纳研发团队在先进航空航天材料的基础之上，结合乙烯裂解炉的特殊使用环境和工艺特点，自主设计开发了具有独立自主知识产权的新一代长寿命抗结焦NH1949高温合金新材料及其乙烯裂解炉管工业化制备技术，实现了我国乙烯裂解炉管的技术升级和低成本工业化生产。“中国钢研自主开发的新型抗结焦新材料NH1949高温合金打破了W方的技术封锁，实现了弯道超车，对于提升我国石油化工产业竞争力具有非常重要的意义。”中国钢研党委副书记、总经理高宏斌说。“生死之战”
乙烯裂解炉管是乙烯生产装置的核心部件，直接决定着整套乙烯装置的生产水平。而炉管结焦则是长期困扰乙烯装置达产降耗的世界性难题。中国钢研作为我国金属材料及冶金领域实力领先的综合性研发机构和科技型企业，承担起了重要使命。“近年来，围绕‘四个面向’总体要求，中国钢研集聚力量，攻克一批关键核心技术，形成一批重大科技成果。NH1949高温合金就是面向经济主战场的代表性成果。”高宏斌对《国资报告》记者说。我国目前采用的Cr25Ni35和Cr35Ni45合金，依靠形成三氧化二铬氧化膜提高抗结焦性能，但由于三氧化二铬氧化膜在980℃以上不稳定，容易挥发、开裂，导致保护作用有限，造成炉管的清焦周期、实际服役寿命均较短。结焦不但造成乙烯产量下降、能耗增加，而且清焦会造成产量损失、影响炉管寿命、排放大量二氧化碳气体，导致乙烯的生产在能耗、污染、效率和成本等方面制约了乙烯产业的高质量发展。青岛新力通主要从事900℃~1250℃耐高温、耐热合金离心铸管及静态铸件的专业化生产，是化工领域高温合金的龙头企业，在乙烯裂解炉管领域的市占率达到40%，国内排名第一。青岛新力通董事长王兴雷告诉记者，传统的抗结焦炉管技术是采用物理方法，改变炉管结构，如内涂层、雨滴管、梅花管、扭曲片管等，这种技术在使用前期会起到一定效果，但随着使用时间的增加，效果逐渐不明显。参照航空航天先进高温合金的设计理念，通过铝等合金元素含量的调整，在炉管内壁生成稳定、致密的三氧化二铝膜且可自行修复、再生，替代传统耐热钢的三氧化二铬膜，是抗结焦新材料的发展趋势。德国相关企业已经开发了加铝合金，可以在炉管内壁自动生成稳定连续的三氧化二铝膜，并于2004年开始碳素工具钢化应用。此后，日本相关企业相继开发了加铝合金炉管材料，且均在中国申请了专利保护。其中德国的加铝合金材料的综合性能最优，在加铝合金炉管中占据了60%~70%的市场份额。截至2022年10月，全球已有450多台乙烯裂解炉更换了德国生产的加铝合金炉管。不过，德国对中国进行了严密的战略和技术封锁。中国钢研青岛新力通技术人员对NH1949高温合金乙烯裂解管排进行焊接2012年开始，王兴雷和青岛新力通的研发团队开始关注加铝高温合金炉管，当时他们了解到，国外有公司正在做加铝合金炉管，这种在高温下炉管内壁自动生成致密的三氧化二铝膜，具有抗结焦和抗渗碳的作用，真正从机理上解决了业界长久以来的难题。得知这一情况后，他们非常有危机感，因为该新材料碳素工具钢化以后，传统材料肯定会被替代掉。“我们一开始就定位做国际化，现在国际上已经有新的技术，如果再用传统材料参与国际竞争，肯定会被淘汰。另外，将来国内市场一定会被国外企业占领，我们在国内市场也会被淘汰。因此，能否开发出具有竞争力的高铝新材料，对我们来讲就是生死之战。”王兴雷说。王兴雷带领研发团队，下定决心研究新材料，并开始查阅大量的合金相关资料。不过，随着研究的深入，王兴雷发现，要研发这种具有很深技术层次的高温合金材料，以青岛新力通当时的研发水平很难实现。在寻找技术研发合作伙伴的过程中，中国钢研所属钢研高纳成为青岛新力通的首选目标。钢研高纳的前身是钢铁研究总院高温合金材料研究所，该所成立于1958年，助推我国航空航天高温合金体系实现了从无到有的历史性跨越。钢研高纳于2002年成立后，凭借在高温合金领域技术上的领先优势，着力加快实现产业化，将技术优势转化为生产优势和市场优势，努力打造国内高温合金一流的供应商与研发创新基地。2015年，青岛新力通与钢研高纳的真空连铸工程中心研发团队签订了技术研发联合协议，开展乙烯裂解炉管用高温合金的联合攻关。
突破“四难”
由于德国、日本的加铝高温合金材料均在中国申请了专利保护，且范围非常宽，想要突破知识产权限制，还要把铝加进去，非常困难。联合研发团队在文献调研以及多年高温合金研究的基础之上，经过数十轮次的试验和7年多的时间，终于突破了成分限制，开发了力学性能和抗渗碳、抗结焦性能俱佳且成本可控的加铝炉管材料NH1949高温合金，并于2019年9月份获得了国家发明专利授权。这是一段相当艰难的历程。王兴雷告诉记者，由于NH1949高温合金含有4%左右的铝，其材料特性与传统耐热钢有明显差别，导致NH1949高温合金炉管制备及冶炼、铸造、加工、焊接等工序均存在较大难点，存在铝元素控制不稳定，容易出现气孔、夹杂，加工困难、效率低等问题，严重影响工程化应用的质量和效率，可以归纳为“四难”。首先是冶炼难。NH1949高温合金不仅含有4%左右的铝，并且还含有钛、锆等高活泼元素，在大气中冶炼时，如果工艺控制不当，极易形成氧化物夹杂，不但会造成活泼元素烧损，合金成分控制不稳定，而且对后续的炉管机械性能、表面质量、服役性能均产生不良影响。因此，最初联合研发团队准备走真空离心铸造的路线，但由于成本高、效率低，无法实现工业化和产业化。“如何解决非真空状态下的冶炼问题，确实超出了我们原有的认知。最终，研发团队经过大量的试验，开发出了冶炼纯净化工艺和表面合金化技术，解决了冶炼难的问题。”王兴雷说。其次是铸造难。由于铝的加入，NH1949高温合金钢液黏度大、流动困难，钢水必须保持足够的过热度，如果过热度不足，就会产生浇注不足、表面气孔等现象，造成炉管报废。特别是内径较小的炉管，由于所需钢水量少，钢液降温速度快，难度更高。为此，联合研发团队设计了专用的浇铸生产线和浇铸工装、工艺，并严格控制操作流程，突破了铸造难题。第三是加工难。由于NH1949高温合金中铝的存在，在冶炼浇铸过程中形成的三氧化二铝、氮化铝等夹杂物，在离心力的作用下会聚积在炉管内壁，加上纳米级复合材料Ni3Al强化相的存在，加工非常困难，加工时间数倍于传统的耐热合金炉管，最初研发时加工第一根炉管需要24小时的时间。联合研发团队通过优选合适刀具，调整加工工艺，最终将加工时间控制在60分钟左右。最后是焊接难。由于市场上没有同材质的焊材，如何解决焊材不抗氧化，成为联合研发团队不得不面对的问题。而且，当时国外也没解决焊材的问题，只是采用低牌号的焊丝替代。通过反复试验，联合研发团队开发出了配套的NH95合金焊丝，保证整台炉都具有优异的抗结焦抗渗碳性能。最终，联合研发团队充分发挥了中国钢研材料研发能力和制造工艺技术的综合优势，于2018年研发成功了工业化规格的炉管试制，2019年研发成功了具有自主知识产权的NH1949高温合金炉管，填补了国内在此领域的空白。因为这项技术合作，钢研高纳和青岛新力通加深了对彼此的认识和了解，并开展了更进一步的合作——2018年，钢研高纳通过发行股份及支付现金的方式收购青岛新力通65%的股份，青岛新力通成为钢研高纳子公司，钢研高纳通过此次收购，将业务拓展至石油化工领域。
“我们从此站起来了”
NH1949的研发成功振奋人心。该研发项目打通了长寿命抗结焦乙烯裂解管NH1949合金工程化应用的关键环节，形成高质量NH1949合金炉管稳定化制备的成套综合技术，进入产业化应用阶段。王兴雷告诉《国资报告》记者，NH1949材料在综合性能、炉管工艺水平、乙烯裂解服役稳定性表现等方面均超过国外同类产品的水平。同时，NH1949抗渗碳性能优异，渗碳增重只有国外相关公司加铝材料的三分之一，完全抗氧化温度可达1200℃，比国外相关公司加铝材料合金高出100摄氏度，在1100摄氏度、17兆帕条件下的持久寿命是国外相关公司加铝材料的4倍以上。另据了解，NH1949推动乙烯裂解炉管平均寿命由原6年提升至10年，抗结焦清焦周期由原平均40~60天延长至160天以上，超过国外相关公司平均80~120天的先进水平，节约4倍效能，每年可降低我国乙烯生产成本400亿元以上。说到NH1949这个材料牌号的命名，还有一段小故事。其中N代表新力通（NPA），H代表耐热性（Heat resistance），1949则代表着新中国成立的年份。“原来，我们给新材料起牌号是根据主要成分和结构的。这次我们没有按照常规去做，而是命名为NH1949，这个牌号的寓意是，原来我们在这个领域一直是落后的，而新材料的研发成功，则代表着我们在这个行业里从此站起来了。”王兴雷说。基于NH1949合金优异的性能，青岛新力通准备在世界范围内推广，因此在全球42个国家申请了发明专利，完成了知识产权的全球布局。截至目前，该成果已获授权国家发明专利1项，并在美国、日本、俄罗斯等15个乙烯生产国家完成发明专利布局，共申请16项国际发明专利，其中获欧盟、俄罗斯、沙特、日本、南非、新加坡、韩国授权国际发明专利7项。同时，成果已在中国石油独山子石化公司、辽阳石化公司、兰州石化公司、烟台万华公司和美国伯韦科（Birwelco）等5家国内外企业推广应用。在独山子的4号炉应用3年来，运行安全、平稳、高效，清焦周期延长了4倍以上。据测算，NH1949应用后，按照5000万吨/年乙烯产能计算，预计每年可为行业带来300亿元的收益，每年节能减排600万吨标准煤，从而助力客户在降本增效、节能减排、低碳环保等方面走在行业的前列，实现企业更高的经济数值和社会数值。“未来除了石化市场外，此材料还能应用到氢冶金、氢能源、军工等方向。”王兴雷说。回顾研发历程，王兴雷感慨道，虽然过程很艰辛，但是不能放弃，放弃就等于失去了未来。所以，我们很感谢这段时光，磨炼了我们的意志。“接下来，我们将在返回料的回收利用方面继续攻关，并不断完善制备工艺，为我国乙烯制备和石油化工产业发展作出更大贡献。”王兴雷说。高宏斌向《国资报告》记者表示，下一步，中国钢研将按照国务院国资委的安排部署，围绕服务国家战略需求，以创新链引领产业链，以产业链支撑创新链，强化作为国资央企的战略科技力量，为保障高端金属材料产业链供应链安全、稳定作出更大贡献。
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人类已知的十大最强韧材料，最贵材料及最耐热材料！
人类已知的十大最强韧材料
1.石墨烯 Graphene
简介：石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状二维平面薄膜，是从石墨中剥离的单层片状结构，也是目前已知最薄的一种新材料。抗拉强度和弹性模量分别为125Gpa和1.1TPa，其强度为普通钢的100倍，用石墨烯制成的包装袋，可以承受大约2吨的重量，是目前已知的强度最大的材料。
发展趋势：2010年诺贝尔物理学奖获得以后，全球石墨烯专利申请开始急剧增加，未来有望在电子、储能、催化剂、传感器、光电透明薄膜、超强复合材料以及生物医疗等众多领域应用。
主要研究公司：Graphene Technologies、GrapheneIndustries、XG Sciences、大富科技、东旭光电、中国宝安、ST烯碳、宝泰隆、方大碳素等。
2.碳纳米管 Carbon Nanotube
简介：碳纳米管是一种呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管的一维量子材料，可以看做是石墨烯片层卷曲而成，按照石墨烯片的层数可分为：单壁碳纳米管（SWCNT）和多壁碳纳米管（MWCNTs）。碳纳米管具有良好的力学性能，抗拉强度达到50～200GPa，是钢的100倍，密度却只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一个数量级；它的弹性模量可达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。
发展趋势：自90年代发现以来，碳纳米管相关产业蓬勃发展，大量用于制造复合材料和薄膜、透明导体、热界面、防弹衣、风涡轮机叶、功能器件的电极和催化剂载体等。
主要研究公司：Bayer Materials Science AG, Toray Industries Inc., Unidym. Inc., 深圳纳米港有限公司、深圳烯湾科技有限公司、山东大展碳纳米管有限公司、深圳贝特瑞新能源材料股份有限公司等。
3.金属玻璃 Metallic Glass
简介：金属玻璃又称非晶态金属，通常为合金，具有非晶态结构和玻璃态结构，这种Bi重结构决定了其拥有晶态金属和玻璃许多无法企及的性质，如良好的导电性，高强度，高弹性，更耐磨和腐蚀。金属玻璃的强度高于钢，硬度超过高硬工具钢。
发展趋势：超级强力、弹力和磁力特质，且较为大块，保持固体而不会在高温下结晶的金属玻璃，主要在引用在航天领域及军用武器。
主要研究公司及机构：Glassimetal Technology Inc.，日本东北大学金属材料研究所，美国加州理工学院等。
4.超高分子量聚乙烯纤维UHMWPE
简介：超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE）是由相对分子质量在100万到500万的聚乙烯纺成的纤维，是目前世界上强度最高与比重最轻的纤维，其强度比钢丝高15倍，但是很轻，最多可比芳纶等材料轻40%。
发展趋势：从绳索、系缆和绳网，到生命防护应用、高性能纺织品、复合材料、层压材料，应用范围极其广泛。未来5年和10年内世界UHMWPE的年需求量将分别在6万吨和10万吨。
主要研究公司：荷兰DSM公司，美国Honeywell公司，日本三井化学，上海斯瑞聚合体科技有限公司，湖南中泰特种装备有限责任公司，宁波大成新材料股份有限公司等。
5.氮化硼纳米管 Boron Nitride Nanotubes
简介：氮化硼和碳一样，可以形成单原子层薄片，将其卷曲之后便可形成纳米管。氮化硼纳米管自身的强度和碳纳米管相当，但是其真正的优势来自于当其和高分子材料结合时，它可以牢牢粘在聚合物材料上。氮化硼纳米管材料的强度都比碳纳米管的强度高，比PMMA界面高30%左右，而比环氧树脂高20%左右。
发展趋势：氮化硼纳米管具有光性能、优良的机械和热导性质，并能经受高温，而且，能吸收中子辐射，成为聚合物、陶瓷和金属复合材料的机械或热强化的有效添加剂。氮化硼纳米管额外的应用包括作为防护盾，电绝缘体和传感器。
主要研究公司： 美国BNNT LLC., 武汉化工新材料工业技术研究院有限责任公司等。
6.朗斯代尔石Lonsdaleite
简介：朗斯代尔石由美国地质学家朗斯代尔在一个陨石坑发现，并定义为六方晶系陨石钻石，它与钻石一样，都是由碳原子构成，但它们的碳原子却以不同形状排列，经过模拟实验发现，朗斯代尔石的抗压能力比钻石高出58%。
7.金刚石 Diamond
简介：金刚石是目前在地球上发现的众多天然存在中最坚硬的物质，是碳元素的同素异形体。金刚石硬度为摩氏硬度最高级第十级，显微硬度10000kg/mm2，比石英高1000倍，比刚玉高150倍。
发展趋势：金刚石在工业上应用十分广泛，主要集中在金刚石刀具，拉丝模用金刚石，金刚石钻头，近十多年来，中国生产金刚石工具的企业发展很快，年销售收入增长率高达15%。
主要研究公司：日本富士华，Tyrolit，Saint Gobain， 山特维克， 日本往友，黄河旋风，豫金刚石，四方达等。
8.气凝胶 Aerogel
简介：Aerogel气凝胶是一种固体物质形态，世界上密度最小的固体。密度为3kg/每立方米。气凝胶貌似“弱不禁风”，其实非常坚固耐用。它可以承受相当于自身质量几千倍的压力，在温度达到1200摄氏度时才会熔化。
发展趋势：气凝胶在热学、光学、电学、力学和声学等领域显示许多奇特的性能，可作为保温隔热材料、ICF以及X光激光靶、催化剂、吸附剂、各类电子器件等等具有优秀性能材料。
主要研究公司及机构：德国巴斯夫公司、德国维尔兹堡大学、美国劳伦兹·利物莫尔国家实验室，法国蒙彼利埃材料研究中心，纳诺科技有限公司，光订购埃力生高新科技有限公司，弘大科技（北京）股份公司。
9.碳化硅 Silicon carbide
简介：碳化硅在大自然中为天然矿物莫桑石，或者用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅硬度很大，摩氏硬度为9.5级，仅次于世界上最硬的金刚石，具有优良的导热性能，是一种半导体，高温时能抗氧化。
发展趋势：碳化硅作为第三代半导体材料的典型代表，受到半导体下游企业的青睐，利用碳化硅单晶衬底和外延材料制作的电力电子器件可在高电压，高频率环境下工作，性能优势突出，产业前景广阔。
主要研究公司及机构：Silicon Carbide Products Inc., 美国Cree公司，河北同光晶体有限公司、中国科学院半导体研究所、厦门芯光润泽科技有限公司等。
10.达尔文吠蛛丝 Darwin'sdark spider
简介：据报道，科学家在马达加斯加岛发现蜘蛛新物种达尔文吠蛛，能编织出世界上最大、也是最坚实的蛛网，这种蜘蛛织出的蛛网宽度达25米，是迄今为止研究过的最强生物材料，是相同尺寸的凯夫拉纤维强度的10倍。
世界最贵的十大材料
1.反物质简介：反物质，在粒子物理学里是由反粒子组成，反粒子是任意具有相同质量却带有相反电荷的粒子。反物质和物质是相对立的，会如同粒子与反粒子结合一样，导致两者湮灭并释放出高能光子或伽马射线。生产1克反物质将需要2500万亿千瓦时的能量和超过1千万亿美元的成本，由此不难想象，人造反物质是多么地珍稀。
用途：反物质是最理想的宇宙飞船能源，据计算，一粒盐粒大小的10毫克反质子便可产生相当于200吨化学燃料的推进能量。
2.内嵌富勒烯 Endohedral Fullerenes 1亿英镑/克简介：内嵌富勒烯于1985年首次被发现，是一种球形碳纳米结构，由60个原子组成一个紧凑的富勒烯笼，里面包含非金属单质或简单分子，如氮、磷和氦等。由于生产、分离、纯化和保存过程极其困难，使得其价格高昂。
用途：目前，科学家正在研究将内嵌富勒烯用于原子钟的可能性，可应用于车载定位系统，大幅度提高GPS定位精度。
主要研究公司及机构：牛津大学（牛津大学碳材料设计公司），中国科学院，北京大学等。
3.锎 Californium 2700万美元/克
简介：锎（Californium）是一种放射性金属元素，属于锕系元素，是第六个被人工合成出来的超铀元自然界能自行产生的元素中质量最高的。
用途：同位素锎-252可被用于中子距离治疗来治疗癌症病人，由于可以只局部接受轻微的放射反应，治疗效果优于被广泛使用的放疗。
4.氚 Tritium 30000美元/克简介：氚（Tritium）也称作超重氢，是氢的同位素之一，它的原子核由一个质子和两个中子组成，并带有放射性，会发生β衰变。氚在自然界中存在极少，一般从核反应中制得，所以造价高昂。
用途：氚及其标记化合物在军事、工业、水文、地质以及各个科学研究领域里均起着重要的作用。
5.塔菲石 Taaffeite 2000~15万美元/克简介：塔菲石（Taaffeite）是世界上罕见的宝石矿物之一，以其发现者Richard Taaffe（1898-1967）命名，他于1945年10月在爱尔兰都柏林的一家珠宝店发现了第一个样品，大多数宝石在发现太菲石之前都被误认为是尖晶石。
用途：由于仅在少数已知样品中是已知的，所以非常稀有，目前仅作为宝石用。
6.红色绿柱石 Bixbite 9000~137500美元/克简介：红色绿柱石是一种罕见的珍贵宝石，于1974年发现于美国。颜色呈深红、浅红及橙红色，有时几乎是红宝石红色或紫红色的绿柱石质宝石，颜色因含锰和微量锂而引起，多色性似红宝石。
用途：主要用作宝石。
7.钚 Plutonium（99.95% Pu-242） 150万美元/克
简介：钚是一种放射性元素，是原子能工业的一种重要原料。
用途：可作为核燃料和核武器的裂变剂。投于长崎市的原子弹，使用了钚制作内核部分。其也是放射性同位素热电机的热量来源。
8.黄金 Gold 37.03美元/克简介：黄金（Gold）是化学元素金（Au）的单质形式，是一种软的，金黄色的，抗腐蚀的贵金属。如今世界每年矿产黄金2600吨左右。
用途：黄金不仅是用于储备和投资的特殊通货，同时又是首饰业、电子业、现代通讯、航天航空业等部门的重要材料。
9.铂Platinum 31.78美元/克
简介：铂（Platinum）是一种天然形成的白色贵重金属，富有延展性，可拉成很细的铂丝，轧成极薄的铂箔。化学性质极稳定，不溶于强酸强碱溶液，在空气中不氧化。铂金比黄金稀有三十倍，只在全球极少数地方才得以被开采。
用途：珠宝首饰业中，主要用作装饰品和工艺品。化学工业中，用以制造高级化学器皿、铂金坩埚、电极和加速化学反应速度的催化剂。铂铱合金是制造自来水笔笔尖的材料。尤其是在汽车工业中，铂金在尾气处理等方面的作用无可替代，消耗量几乎占到铂金工业用量的一半。
10.铑 Rhodium 24.73美元/克
简介：铑，元素符号Rh，源自希腊语rhodon，意为“玫瑰”，是一种银白色、坚硬的金属，且具有高反射率。铑存在于铂矿当中，通过精炼得到，化学性质稳定，在中等温度下能抵抗大多数普通酸（包括王水在内）。
用途：铑可用来制造加氢催化剂、热电偶、铂铑合金等。
（注：以上物质价格截止日期： 反物质：2014年9月；内嵌富勒烯：2015年12月；锎：1950年；氚：2003年； 塔菲石： 2016年10月；红色绿柱石：2016年5月；钚： 2008年； 金：2017年1月1日；铂：2017年1月1日；铑：2017年1月1日）
世界十大熔点最高的材料
1.碳化钽铪合金 Ta4HfC5 （3990℃）简介：碳化钽铪合金实际是指五碳化四钽铪化合物，是目前已知化合物中熔点最高的物质。它可以被认为是由碳化钽（熔点3983 ℃）和碳化铪（熔点3928℃）这两种二元化合物组成。
用途：用作火箭、喷气发动机的耐热高强材料以及控制和调节装备的零件等。
2.石墨 Graphite（3652 ℃）
简介：石墨是元素碳的一种同素异形体，每个碳原子的周边连结着另外三个碳原子（排列方式呈蜂巢式的多个六边形）以共价键结合，构成共价分子。由于其特殊结构，具有耐高温，导电、导热性，润滑性，化学稳定性，可塑性等。
用途：传统可用作耐火材料、导电材料、耐磨润滑材料以及铸造、翻砂、压模及高温冶金材料，新型用作柔性石墨密封材料，汽车电池，新型复合材料等。
主要研究公司：Northern Graphite, Alabama Graphite Corp., Superior Graphite,吉林炭素有限公司，山W晋能集团有限公司，方大碳素等。
3.金刚石 Diamond（3550 ℃）
简介：金刚石是原子晶体，石墨是混合型晶体，石墨晶体的熔点反而高于金刚石，似乎不可思议，但石墨晶体片层内共价键的键长是1.42×10－10m，金刚石晶体内共价键的键长是1.55×10－10m。同为共价键，键长越小，键能越大，键越牢固，破坏它也就越难，也就需要提供更多的能量，故而熔点应该更高。
用途：工艺品和工业中的切割工具，如拉丝模、车刀、刻线刀、硬度计压头、地质和石油钻头、砂轮刀、玻璃刀、金刚石笔、修整器刀以及磨料等。
主要研究公司：英国Elementsix公司，美国Diamond Innovation, 韩国IL Jin公司，凯吉斯KGS金刚石集团，郑州华晶金刚石股份有限公司等。
4.钨 Tungsten（3400 ℃）
简介：钨是一种钢灰色或银白色的金属，硬度高，熔点高，常温下不受空气侵蚀。它作为熔点最高的难熔金属（一般熔点高于1650℃的金属），有良好的高温强度。
用途：主要用作制造灯丝和高速切削合金钢、超硬模具，也用于光学仪器，化学仪器。
5.二硼化锆 ZrB2（3245℃）
简介：二硼化锆（ZrB2）是具有六方晶体结构的高度共价的耐火陶瓷材料，其构成的超高温陶瓷（UHTC）熔点达3246oC，具有高熔点、相对低的密度（约为6.09g / cm 3）和良好的高温强度。
用途：可用作高温航空应用（如超音速飞行或火箭推进系统）。
6.二硼化钛 TiB2（3225℃）
简介：二硼化钛（TiB2）外表呈灰色或灰黑色，具有六方（AlB2）的晶体结构。硬度大，作为陶瓷具有优良的导热性，氧化稳定性和耐机械侵蚀性。
用途：TiB2是一种合理的电导体，可以用作铝冶炼中的阴极材料。
7.铼 Rhenium（3180℃）
简介：铼是一种金属元素，高熔点金属之一，外表与铂相同，溶于稀硝酸或过氧化氢溶液，不溶于盐酸和氢氟酸中。能被氧化成很安定的七氧化二铼Re2O7，这是铼的特殊性质。
用途：可用来制造电灯丝，人造卫星和火箭的外壳，原子反应堆的防护板等。
8.碳化钛TiC（3100℃）
简介：碳化钛（TiC）是一种极硬的（摩氏硬度达 9-9.5）耐火陶瓷材料，类似于碳化钨。它是具有金属光泽的铁灰色晶体，属于氯化钠型面心立方晶体结构。具有高熔点、沸点和硬度，还有良好的导热和导电性，在温度极低时甚至表现出超导性。
用途：广泛用于制造金属陶瓷， 耐热合金、硬质合金、抗磨材料、高温辐射材料以及其它高温真空器件。
9.锇 Osmium（3045℃）
简介：锇是元素周期表第六周期Ⅷ族元素，铂族金属成员之一，属重铂族金属，是目前已知的密度最大的金属。金属锇在空气中十分稳定，粉末状的锇易氧化。
用途：锇可用来制造超高硬度合金，锇同铑、钌、铱或铂的合金，常用作电唱机、自来水笔尖及钟表和仪器中的轴承。
10.碳化硅 SiC（2820℃）
简介：碳化硅（SiC）是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑（生产绿色碳化硅时需要加食盐）等原料通过电阻炉高温冶炼而成。
用途：碳化硅颗粒可以通过烧结结合在一起以形成非常硬的陶瓷，其广泛地用于需要高耐久性的应用中，例如汽车制动器，汽车离合器和防弹背心中的陶瓷板。