难熔金属是指熔点为2000℃及以上的金属单质、金属氧化物以及金属碳化物，主要元素包括铌(Nb)、钼(Mo)、钽(Ta)、钨(W)、铼(Re)等5种元素。由于其具有高熔点、高硬度、导电性和冷加工性能好等优异性能，被广泛应用于航空发动机、燃气轮机等高温机械制造领域。

难熔金属具有高熔点高硬度的特点，以传统工业方法(铸造、锻造等)对其进行制备与加工存在一定的难度，目前常见制备方法有粉末冶金技术、热机械加工技术、定向凝固技术、电子束或自耗电弧熔炼工艺、化学气相沉积和等离子喷涂工艺。

然而，在地面环境下的难熔合金研究长期受重力、容器等条件制约，难熔合金液态性质的精确测定与快速凝固合成制备存在困难。中国空间站无容器材料实验柜提供的“无容器+长时微重力”环境，为高性能难熔合金研究开辟了新路。自2021年4月以来，西北工业大学魏炳波团队制备的10余种数百个高性能难熔合金样品，先后在中国空间站无容器材料实验柜进行了6批次在轨实验，成功完成了难熔合金微重力条件下的静电悬浮、加热熔化、降温、过冷、凝固、热物理性质测定等重要实验，其中4批次难熔合金已搭乘神舟飞船返回地面。

研究团队通过对最早一批返回的铌合金、锆合金、钛合金开展研究，获取了超高温状态下难熔合金的液态密度、热膨胀系数、热辐比等关键性质，发现了一系列有重要科学价值的新成果，包括：发现微重力液滴凝固的涡旋型特殊组织结构、阐明微重力凝固收缩的动力学规律、揭示微重力和无容器共同作用下共晶合金解耦生长的内在机理、实现太空环境凝固合金的微观组织与宏观形态的双调控等。

另外，增材制造技术是一种先进的绿色智能数字制造技术，该技术材料利用率高、成形表面质量好、无需模具即可成形复杂构件，在航空航天、汽车模具、核电等领域得到了广泛的应用，是难熔金属加工制造提供了新的途径和方法。其中，金属增材制造技术就是以金属材料作为加工原料，利用电子束、电弧、激光等作为加工热源，通过熔化金属丝或金属粉末逐层堆积，层层累加直至打印成零件。

在航空航天领域，难熔金属是制造高温部件的理想材料。钨（W）的熔点和沸点最高，其耐热性相比其他金属也**。虽然钨金属本身的密度较大，低温强度低等缺点限制了其在航空发动机的其他部件中的应用，但通过合金化处理，可以显著提高其高、低温环境中的表现，从而增加其应用的范围。通过加入能产生固溶体的合金元素或弥散强化，可以制成高强度钨，同时使原材料具有更好的抗氧化性和加工性能。

美国通用电器公司将钨铜合金应用于航空发动机的热端部件，可以有效降低热端部件中钨的受热程度。从当燃烧室的混合气体点燃产生高温燃气，足以使得钨铜合金中的铜迅速升华带走大部分热量，从而降低合金的温度，起到发汗冷却作用。铼（Re）的综合性能全面，各项性能较为优异，其的熔点和沸点都较高，仅低于钨（W），耐高温、耐高强度摩擦，也是航空发动机研制中重要的选材。限于铼的抗氧化性能较差，因此使用与之热膨胀率相近的铱（Ir）来做外表涂层提高其抗氧化性，保证其在高温环境的可靠性和耐高温性。

在核能发电中，钼合金可用于反应堆的结构部件，能够承受高温高压和强辐射环境。铌合金材料具有塑性好，加工和焊接性能优良等特点，被认为是下一代火箭和航空发动机的重要备选材料。今年四月，法国法马通公司(Framatome)与德国慕尼黑大学近日签署为期四年的合作协议，将继续联合优化铀钼合金高密度单片式研究堆燃料生产技术，对热功率为2万千瓦的高通量研究堆FRMII进行燃料低浓化改造，在不影响运行绩效的前提下，使该堆转为使用低浓铀燃料。德国慕尼黑大学于2019年开始与法马通合作研究铀钼合金高密度低浓铀燃料生产技术，已建成一条实验性生产线，并生产出**批燃料板，计划在今年对这种燃料板进行首次辐照测试。

电子行业中，难熔金属也大放异彩。钽具有高电容密度、稳定性好、漏电流小等优点，钽电容被广泛应用于各种电子设备中。它们能够提供稳定的电荷存储和快速的充放电性能，保证电子设备的正常运行。而钨具有高熔点和良好的导电性，常被用作等离子显示面板（PDP）和电子发射源的电极材料。在一些真空电子器件，如电子管和 X 射线管中，钨电极也发挥着重要作用。

化工领域里，难熔金属的耐腐蚀性使其成为制造化学反应容器和管道的不二之选。特别是在强酸、强碱等恶劣环境中，难熔金属能够保持稳定，保障生产的安全和高效。因此钼在钢铁工业中的应用居首要地位，约占其总消耗量的80％。它可用于生产合金钢、不锈钢、工具钢和高速钢等，能提高钢的强度、韧性、抗腐蚀性、耐磨性、淬透性、焊接性和耐热性等性能。例如，含钼量为4%-5%的不锈钢常用于海洋设备、化工设备等侵蚀、腐蚀较严重的地方。

医疗领域同样少不了难熔金属的身影。例如，钨的高比重合金被广泛运用于高端医疗器械产品中的射线屏蔽防护部件，如在 X 射线设备、CT 扫描仪等中，用于阻挡和衰减 X 射线，保护患者和医护人员免受辐射伤害。铌具有优良的理化性能和生物相容性。一方面，通过在钛合金中引入铌元素，可降低钛合金中有毒金属（如镍、钒）离子的析出，改善钛合金的生物相容性，降低其弹性模量并提高种植体的机械强度。另一方面，铌的多孔材料有望作为骨组织坏死治疗的生物材料。