1. 聊話題
  2. 生活時事
  3. 中國新聞

渦扇15關鍵材料被美國壟斷,中國全部儲量加起來還不到240噸

  • alphaP

  • 11-23

渦扇15關鍵材料被美國壟斷,中國全部儲量加起來還不到240噸

中國與歐美的發動機研製差距中,材料問題帶來的困擾程度,僅次於設計和工藝技術水平的落後。這其中除了材料本身的研究積累差異以外,一些極為稀少、但又能帶來至關重要的元素資源本身在各國分佈不均,也是非常關鍵的因素。


而最典型的例子,就是錸。針對錸,可以提出三個問題:首先,錸是種什麼樣的玩意,為何對發動機如此重要?其次,這東西稀少到什麼程度?最後,中國因為錸而在發動機材料上吃過什麼虧?

14797090602326.jpg

圖:純錸金屬樣品


第一個問題。錸是鎢的鄰近元素,熔點達到3180攝氏度,是僅次於鎢(3308攝氏度)的第二難熔金屬。而除了難熔以外,錸還同時具備多種優異、乃至於在其他金屬材料上往往自相矛盾、無法同時存在的性能。

比如錸的強度非常高而又塑形很好——既結實又難以開裂;即便是高溫、急速冷卻和猛烈加熱並帶有強烈機械衝擊和振動的條件下,它也具備極佳的長時間工作抵禦變形和開裂能力。當然錸性能也存在弱點,極易被氧化——因此也不耐硝酸等氧化性酸,氧化以後就發脆,抵抗硫酸鹽酸的能力倒是非常好。

14797090615810.jpg

圖:現在先進發動機在高溫區域工作的葉片,對於錸極度依賴


這些性質,使得發動機在性能越來越好、部件工作條件越來越殘酷(溫度、壓力、衝擊等因素)的同時,燃氣渦輪材料的研發,越來越倚重與錸元素等關鍵成分。現在錸的用途中,除了20%用作化工生產的催化劑,剩下80%幾乎全部用在航空航天的超耐熱合金里。

現階段航空發動機的鎳基單晶材料葉片中的先進產品,普遍含有3-7%以上的錸;每一次新的單晶渦輪葉片高溫指標和壽命性能大幅度提升,背後都離不開錸的含量提升——包括這些年美國和日本交替刷新的那些世界紀錄。

14797090625020.jpg

圖:紅圈中就是俄羅斯聲稱發現純錸礦的地方


第二個問題。錸元素不僅在地殼中含量非常少,而且最要命的是這東西極其分散。俄羅斯近兩年宣布,在俄日爭議島嶼(伊圖魯普島/擇捉島)上發現世界首個純錸礦;但此前全世界都從未發現過以錸為主的礦物,現有的理論也不支持這樣的礦物存在,具體是真是假還未可知。

除了俄羅斯這一目前還無法證實的消息以外;現有的錸主要是以極低的含量伴生在斑岩銅鉬礦床的輝鉬礦中,開採成本極高。根據美國地質調查局的估算,全球錸儲量,已探明的只有2500噸,總資源量在7300-10300噸之間,全球年產量噸25-30噸。而根據昆明貴金屬研究所在2013年發表的論文《錸的回收技術研究進展》,我國目前錸的保有儲量僅有237噸。

1479709063550.jpg

1479709063666.jpg

圖:美國錸金屬缺口增大的過程,和F119(F22用)、GE90(波音777等客機用)等先進發動機產能攀升有著直接關係


第三個問題。錸礦主要分佈在美洲和歐洲,開採和銷售又絕大部分被美國所控制。但即便如此,根據美國礦產局的統計,美國的錸金屬短缺一直在越來越嚴重;2002年缺口就達到30%,2003-2005年間,美國錸金屬的年缺口從20噸增加到35噸。這個時間段,恰好是美國進入21世紀后的新一代高性能發動機,開始大批量交付軍事、民用航空的歷史進程,兩者的高度同步根本不是巧合。

而中國在高溫合金的發展上,雖然成分設計緊跟國外的發展步伐,已經發展到第四代單晶;但是由於錸資源嚴重短缺,實際批量生產產品受到的限制比美國遠遠大得多得多。太行、渦扇20、渦扇15等發動機性能和壽命,無不受限於這個問題。

相關文章

  • 相關關鍵字:

精彩好文

其他文章