超高温结构材料对性能要求十分苛刻，要求材料必须在高温强度、蠕变抗力、室温韧性、抗氧化性和密度等方面达到综合性能平衡。在一个合金系统中单相组织是难以满足对超高温结构材料综合性要求的，强度、韧性和环境稳定性等关键性能应该由不同相来承担，这就要求对Nb-Si基合金进行多相组织匹配设计。Nb-Si二元系中的基本组成相是Nb 的固溶体NbSS 和Nb与Si形成的、在1600~1800℃下热力学稳定的且坚硬的金属间化合物Nb5Si3。这种韧/硬两相组织比单相Nb5Si3更能发挥高温强度，又具有一定的室温塑韧性。因此在成分组织设计中可利用韧/硬两相结构设计思路，形成NbSS/Nb5Si3 原位复合结构，由NbSS提供室温韧性而Nb5Si3 提供高温强度，更可利用两相界面效应来改善高低温综合力学性能，这已成为高温结构材料特别是Nb-Si基合金组织设计的理论之一。

目前，在Nb-Si合金NbSS/Nb5Si3两相组织的合金化和强韧化方面已取得了重要研究进展。美国GE 公司、日本新能源产业综合开发机构(NEDO)、英国Surrey 大学和国内的北京航空航天大学、北京航空材料研究所、西北工业大学、哈尔滨工业大学和中科院金属所等单位均对具有NbSS/Nb5Si3 两相组织的Nb-Si 基合金开展了多元合金化、凝固组织控制以及热机械加工(定向凝固、热挤压等) 各具特色的基础研究工作，探讨了强韧化机理。上述结果表明适当的合金化和组织形态控制可使Nb-Si基合金强韧性接近工程化应用的水平。

尽管在NbSS/Nb5Si3两相组织的强韧化和机理研究方面获得了较大的进展，但其高温抗氧化性能明显不足, 并很难通过微合金化获得较大改善。即使把Nb-Si基合金作为高温构件的基体材料并有抗氧化涂层保护，一旦涂层损伤，Nb-Si基体迅速氧化引起灾难性后果，必须通过宏合金化引入对环境稳定的相来改善Nb-Si合金NbSS/Nb5Si3 两相组织的抗高温氧化性。含高Cr的二元Laves Cr2Nb相具有优异的高温抗氧和腐蚀性能，可担当这样的角色并成为Nb-Si基合金的第三成相。在Nb-Si系中加入适当的Cr元素可获得NbSS/Nb5Si3/Cr2Nb三相共存组织，这成为Nb-Si基合金强韧性和抗氧化性平衡的组织基础。美国GE公司的研究表明，通过加入含有多种元素的Cr2Nb相，Nb-Si基合金达到短期高温抗氧化目标，长期抗氧化目标正在努力完成。北京航空航天大学的研究表明NbSS/Nb5Si3/Cr2Nb三相组织1250 ℃/100h的氧化增重只有NbSS/Nb5Si3 两相组织的1/5，抗氧化性能明显提高。