不怕2400度高温,西工大新突破!中国六代机,将使用太空叶片

李肃说科技 2024-07-22 01:34:21
导语

最近的一条新闻中,据西安交通大学透露:我国已经研制出一款超高温合金——“铌合金”,可承受高达2400度的高温,这款新材料将会在中国未来的六代机上得到应用,甚至有望发展更广泛的用途。

过去,我国虽然也研制出不少耐高温合金材料,但是并不存在可以承受这种2400度温度的材料,那么这新材料又是怎么诞生的?

西工大在这方面取得了怎样的突破?

“铌合金”又有着怎样的用途?

铌合金的作用。

“铌合金”顾名思义,就是以铌为主导的一种合金材料,因为铌是在1801年由英国化学家查尔斯·哈奇特发现的,所以这些新材料的名称也就以“铌”为主,他是一种特殊的金属元素,具有很高的熔点,是一种非常重要的钢铁冶金材料。

铌合金有着非常广泛的用途,通常来说,铌合金最常见的用途就是在航空领域中应用,它大量的被用于航空发动机的制造上,原因在于飞机飞行的高空环境下,空气稀薄,所以飞机所用的发动机也就必须能够承受非常高的温度。

因为随着飞机飞行的升高,引擎的温度也将会快速上升,正因为如此,飞机引擎的研发相当于就是关于“耐高温”所研发的一个过程,它所经受的温度从一般的铁覆盖物上进行了提高,逐渐往铝合金、镍基合金和钽合金等方面进行了推广,然而这些合金却有着一个共同的特性,就是随着温度的升高,它的抗氧化能力将会逐渐减弱。

有可能在高温下会迅速的燃烧起火,引起一系列的连锁反应,严重的就会导致飞机的引擎在飞行的过程中烧毁,为了解决这一难题,科学家们就开始着手研制更加耐高温的材料,于是钨合金、钼合金和钽合金等就逐渐被研制出来了。

虽然这些合金的抗高温能力都挺不错的,但是它的耐腐蚀性却不尽人意,因为航空发动机要是单纯的考虑材料的抗高温性,就会出现非常大的问题,那就是燃料消耗量将会大大增加,因为这些合金的热导能力不是特别的好,所以内部的温度很难释放,这就会导致引擎的效率大大降低。

但是如果要是考虑到这些合金的热导能力,就会影响到材料本身的抗热性,所以囿于现有技术中.

只能通过把空气压缩到更加高的程度,然后把燃料和空气混合得更加完美,最后在点燃的状态下,通过燃料燃烧散发出的热量,让发动机运转起来,然而这一系列的操作不仅增加了机械制作成本,而且在飞行的过程中噪音也大大增加。

就算是在这个基础上再加上增加推力的办法。

也无法将发动机的效率发挥到最强,所以事实上这个方法在当下已经难以再进行改进了,可以说是失之阙如,然而“铌合金”这款新材料就正好解决了这个“失之阙如”的难题,用其制作发动机的燃烧室,不仅可以承受高温,同时还会降低燃料的消耗,再也不用担心飞机的引擎在飞行的过程中会因为温度过高而烧毁。

同时“铌合金”还可以用于核电行业,因为在核反应堆中有一个重要的部件叫做控制棒,核反应堆会不断的释放热量,导致温度不断的升高,一旦温度过高,它所释放的辐射就会超标,对周边的环境都会造成不同程度的伤害,甚至会引发辐射灾难,所以在这样的核反应堆中就需要这种能够承受高温的控制棒,用来隔绝这些恶化的后果。

同时为了防止燃料棒的温度过高,过热蒸汽会不断的腐蚀下方的控制棒,导致其烧毁,所以钛合金就是一种非常好的材料,它拥有良好的耐腐蚀性,不会因为腐蚀而使燃料棒的温度上不去,致使不出蒸汽,所以它也被广泛的用于核反应堆中。

另外一方面,辐射的物质会不断的影响核反应堆中的控制棒。

从而导致其抗辐射控制棒的质量持续下降,最终无法应对恶化的后果。

所以这种控制棒的质量非常的重要,可以说控制棒的质量直接关系到整个社会的安全,所以这就需要用上“铌合金”这种能够耐高温同时又具有耐热、耐机械强度、抗氧化等优点的材料。

铌合金的研制。

要问西工大为什么能够成功的研制出这种耐高温的材料,那就不得不提到我国此前在太空站上搭建的两艘天和核反应堆,在此次搭建的过程中,我国的工程师们在感受到航空航天的严峻性之后,就开始着手研发一款耐高温的合金材料,并通过它来制作控制棒,这就是“铌合金”诞生的原因。

正是因为在太空站上成功研制出这种新型材料,不仅能够在航空领域中大展拳脚,同时还可以在我国的核电行业中大放光彩,对于我国的航空航天技术和国家实力都有巨大的意义,因此可以说:我国在太空中研制材料,实属正途,这是西工大在铌合金研制方面的一大突破。

搭建太空工厂有什么好处。

铌合金是我国在太空中取得的一项伟大的成就,同时“搭建太空工厂”是我国未来的发展方向,我国首颗太空工厂于2020年4月号成功的发射升空,这也是中国第一颗太空工厂,除了先前我国在太空站上的几次成功研究材料外。

这次西工大在太空工厂上继续研究出一种新型的铌合金材料。

同时在太空中研究材料有着非常明显的优点,那就是太空环境中是一种微重力的环境,不同于地球,铌合金的研制需要尽可能多的掺杂元素,从而能够形成更加均匀细腻的组织结构,并且还需要有着独特的表面加工工艺,所以这对于铌合金的研制要求是非常高的。

而在太空中是一种没有重力的环境,所以可以说是正中下怀,同时在太空中还有着严格的环境,它的硬度比地球上的硬度要高,所以说用这种环境来研制铌合金的材料实在是再适不过的,所以可以说在太空中研制铌合金材料是一种非常划算的。

除此之外,还有一个重要的原因。

就是太空中有着离子的辐射,相对于地球上的研制环境来讲,在太空中更容易的研究出新的材料,当然了,不仅仅只有这些优势,太空中还有着非常明显的优势,那就是太空中有非常严苛的环境,所以在研制的耐高温材料上是非常有优势的,而且还有着非常严格的生产环境,不会因为环境的杂质而影响材料的研制和生产,另一方面,也减轻了对环境的污染。

同时太空中研究出新的材料。

相对于一些高昂的科研仪器来说,尤其对于宇宙探测器的研制,不需要在地球上进行昂贵的运输费用,因为宇宙探测器的研制中有着非常让人头疼的问题,那就是用这些一次性的探测器到了宇宙中将会严重的污染宇宙环境,这些探测器就算是有着巨大的作用,但是很可能就会被有害的辐射等因素破坏掉,完全浪费了。

如果用太空中研制出的新型材料来研制探测器,这些材料具有耐高温、耐腐蚀等优点,对探测器的研制有着非常巨大的意义,因此可以说搭建太空工厂是非常有意义的,同时也是一种非常正确的选择。

结语

航空航天技术的完善离不开材料的研究。

所以我国在太空中研制耐高温的新材料,实属正途,同时“搭建太空工厂”是一种非常有意义的探索,这不仅有助于解决地面无法实现的技术难题,同时还会为商业化开发提供新的可能性,同时也有助于产业升级和经济发展。

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