难怪涡扇15全球第一!美军发现中国在太空造超级金属,六代机已用

胖福的小屋 2025-01-16 18:23:51

据“观察者网”援引香港《南华早报》消息,六代机首飞后,美国人才发现,中国科学家又通过“天宫”空间站,首次制造出了符合工业应用严格要求的稀有金属铌合金。铌合金是一种耐高温材料,由它制造的涡扇航空发动机的叶片,可以承受1700度的高温。

金属铌具有高熔点、低蒸汽压、冷加工性能好、化学稳定性高、抗酸碱腐蚀能力强、热中子俘获截面小以及超导等一系列优异特性,是军工、航空航天、原子能等领域的重要功能材料。同时,铌作为重要的合金元素近一个世纪以来一直被广泛应用于钢铁之中,在钢中加入少量的铌元素能大大提高其强度,改善其力学和焊接性能,并提高抗腐蚀性能。

与其他种类的高温合金相比,高温铌合金具有密度低,高温(600~1600℃)比强度高,冷热成形性能优良,焊接性能好等优点,可以加工成形薄壁和复杂形状的零件,成为航空航天发动机、武器推进器、核反应堆、潜水器、燃气涡轮机等的最具潜力的候选结构材料之一。这种材料比目前常用的镍或钛合金更轻,且在高温下的抗压强度是它们的三倍。因此,用这种材料制成的发动机能够达到现有技术无法实现的速度和运行效率。

虽然铌合金已经成为理想的高温材料之一,但基于金属铌的特性,铌合金在高温下的抗氧化能力不足,在较低温度下,铌会与氧发生反应在表面生成保护性氧化膜,金属铌在 600 ℃ 以上会发生剧烈氧化,即“PEST”氧化现象,且温度越高氧化速率越快,氧在金属铌中的溶解度较高,易于在金属表面形成不具有保护性且易剥落的氧化物层,导致其在还未达到使用温度时就发生失效,大大阻碍了工程化应用。

因此,一直以来,我们在大规模制备生产铌合金方面存在很多问题,比如高强度晶体的生长非常缓慢,需要近1600摄氏度下长达100小时才能完成,即便如此生产出来合金还很脆,无法用于发动机制造。可以说该材料也是阻碍我国航天航空发展的关键材料。

而为了解决这个问题,从2021年9月开始,样品分三批,随天舟三号、天舟四号、天舟五号货运飞船进入中国空间站开展空间材料科学实验。三年多以来,中国航天员一直在“天宫”空间站开展一项看似普通、但实际上却是“不可能完成”的实验——用激光照射悬浮在真空室中的合金颗粒,仔细观察这些颗粒,而后记录颗粒在冷却过程中发生的细微变化。在航天员的协助下,研究团队成功完成了材料在微重力条件下的加热、熔化、降温、过冷、凝固以及热物理性质测定等重要实验。利用在太空得出的实验数据,地球上的中国科学家现已首次成功制造出符合工业应用严格要求的铌合金,这一突破可能将彻底改变航空航天技术。

这让美军非常不可思议,国际空间站运行时间这么久,为什么美宇航员就没有利用空间站制造超级金属。 实际上,和美国不同的是,在后发优势以及模块化技术加持下,中国空间站虽然更小,但是安装的设备却更多,在中国空间站内,部署了科学实验柜等具有国际领先水平的空间科学研究与应用设施,能够在轨支持空间生命科学与生物技术、空间材料科学、微重力基础物理、微重力流体物理等诸多领域的研究与应用,中国空间站正在成为我国当前覆盖学科领域最全、在轨支持能力最强,且兼备有人参与和上下行运输等独特优势的“国家太空实验室”。

需要说明的是,铌合金还只是开始,中国的科研团队利用中国空间站,共对6种合金材料开展了上百次实验,未来还将计划对其他材料,尤其是瞄准国家重大需求的新型功能晶体、特种材料等开展相关空间研究。

而中国成功利用空间站制造了稀有金属铌合金,在新型富勒烯薄膜的加持下,能够承受高达2100度的高温,使用寿命超过2000小时,这也是为什么涡扇15的性能会超过美军的F119发动机的主要原因。要知道,美国F22“猛禽”战机所配备的“普惠”F119涡扇发动机的涡前温度大概为1700度(涡前温度:指的是发动机高压涡轮导向叶片前的温度,也就是涡扇发动机高温区最高温度)

富勒烯薄膜具有重防腐、高耐热、抗磨损、超薄、抗冲刷腐蚀、粗糙度低等性能。 这也意味着,铌合金技术会用在中国的六代机发动机上,中国科学家“在太空造出铌合金”,实际上是解决了六代机“心脏”的大难题。

我们也有理由相信,成飞和沈飞的两款六代机,未来一定会是集一身先进技术的“外星产物”,不仅具备强大的战场态势感知能力、防区外打击能力以及隐身能力,还具有强大的超音速巡航能力和超机动能力。事实上,这些年,中国在航空发动机领域,已经从追赶到引领技术潮流了。

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