中國發動機研發為啥始終不入國際第一流？有一關鍵材料曾被美壟斷

我國這些年在武器裝備方面發展速度很快，一些新型武器裝備的技術水平已經可以和歐美媲美。但是在航空發動機領域，我國不但長期落後於歐美，而且也趕不上俄羅斯。而導致航空發動機落後的原因除了基礎較差、經驗不足等之外，還有一個重要原因就是材料不行。我們知道，航空發動機工作時，一些關鍵部件，如渦輪葉片、渦輪盤和燃燒室等要承受很高的溫度。如果高溫結構材料不過關，那麼發動機的性能也就不會好到哪裡去。高溫結構材料主要是指各種高溫合金，目前高溫合金在航空發動機中用量約佔總重量的55%左右。

從世界範圍看，高溫合金已從傳統鑄造多晶高溫合金、定向凝固柱晶高溫合金和變形高溫合金，向單晶合金、機械合金化高溫合金、粉末冶金高溫合金和細晶鑄造合金等發展，其中單晶合金是高溫合金的發展重點，因為採用單晶技術生產的新型單晶合金材料製造的航空發動機葉片，可顯著提高發動機的工作溫度和發動機功率，對航空工業產品的更新換代具有重要的意義。而單晶合金的發展，又與一種名為錸的金屬元素有著非常密切的關係。

錸是人類發現最晚的天然元素，熔點3180℃，沸點5627℃，純錸質軟，外表與鉑相同，具有良好的機械性能。在上世紀80年代，航空工業大國認識到，錸有良好的塑性，在高溫和低溫情況下，都沒有脆性，抗拉強度和抗蠕變強度優於我們比較熟知的難熔金屬鎢、鉬、鈮。如果向鎢、鉬、鉻添加錸，可以提高材料的強度、塑性和焊接性能，降低韌-脆轉變溫度和再結晶脆性。

同時錸對單晶合金顯微組織、力學性能、不穩定相及單晶缺陷等的影響顯著，可以增強單晶合金的高溫抗蠕變性能（所謂蠕變，是指在一定的溫度和較小的恆定外力作用下，材料的形變隨時間的增加而逐漸增大的現象。蠕變是高溫單晶合金是死敵，這將大大降低航空發動機的性能和效率，甚至帶來嚴重的事故）。錸的這些特點，使其很快成為單晶合金的重要添加元素，同時也讓單晶合金越來越多地被用來製造航空發動機的渦輪葉片、渦輪盤和燃燒室等。到目前為止，單晶合金已經發展了五代，其中從第二代開始都有錸的參與，而且含量也從2-3%增加到5-6%。

不過，錸在地殼中的含量僅十億分之一。根據美國地質調查局報告，全球已探明的錸儲量僅為2500噸左右，價格跟白金的價格相仿，1克大概需要300元。因此，添加錸之後的單晶合金價格會猛漲，例如第二代單晶合金的錸含量為2-3%，但價格卻上漲了70%。所以，雖然現在單晶合金已經發展到第五代，但實際用的最多的還是第二代，例如美國F-22戰鬥機用的F119渦扇發動機的葉片就是用第二代單晶合金製造的。而由於錸的稀少性以及對航空發動機性能的重要性（現在全球約80%的錸用於生產航空發動機），使得錸成為極其重要的戰略物資。

中國直到上世紀末都沒有發現錸礦，也就缺少對含錸高溫合金和單晶葉片鑄造技術的相關研究。加上西方國家一直對中國實施技術封鎖，這項技術成為中國航空發動機研製發展的一大「瓶頸」。而據《央視》報導，2010年，成都航宇超合金技術有限公司在其下屬的陝西省洛南縣黃龍鋪鉬礦區礦山中斟探到錸，儲量達到176噸，約佔全球儲量的7%，僅次於智利、美國、俄羅斯和哈薩克。

之後，該公司又與湖南有色研究院的合作，攻克了技術難題，實現了錸的提純，打破了國外的技術壟斷。2015年7月22日，該公司生產出了可用於航空發動機的第一批單晶渦輪葉片。2016年，國際權威第三方檢測機構出具的檢測報告表明，該公司送檢的單晶葉片在高溫拉伸性能、高溫持久性能等方面的測試結果均符合歐美標準。今後，國產航空發動機如果採用這種含錸的單晶葉片，那麼性能將會得到大幅提升。

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