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航天领域再出新消息,中国空间站超高温合金材料项目取得技术突破,未来很有可能对国家发展航天航空有大作用。那么,它究竟是什么?
超高温合金材料西北工业大学研究的超高温合金材料主要是以铌为主的金属合金,它主要被应用在航空领域,作为以涡扇发动机为主的核心部件。
要知道,发动机是驱动汽车、飞机发射的关键,相当于机械的心脏,而超高温合金等于心脏的心脏,没有它,发动机也就没有动力。
铌是耐热金属,最高的熔点达到了2400摄氏度,它不是单打独斗的“个人英雄”,也能够和其他元素融合,形成合金,但有了它的加入,其他元素也就不怕被高温腐蚀。
即便是在1000度的高温,只要有铌的存在,也能够展现出最好的机械性能。
最好的例子就是涡扇发动机,它每分钟转速高达10000转,温度也要直逼1800度,第六代战斗机中的发动机最高可达到2100度。
这个温度值远高于普通的发动机所产生的温度。
但一般的材料并不能承受这种高温,要想对高温“免疫”,最好的状态是被加热到红热,但不可以软化,目前只有尽快突破超高温合金技术才行。
像平时用的非金属陶瓷,也是不适合的,它作为陶瓷材料,的确能耐高温,但并不能持久,在常温下陶瓷也会碎掉。
这么对比下来,只有铌最适合,它塑性非常好,能被用作航天航空的热防护材料中,比如每次航天器返回地球时,表皮都是一层焦黑的颜色,这样会增加航天器的损耗。
如果铌合金能和其他材料焊接和加工,就能在一定程度上防止航天器的外皮损耗。
因此,很多参与研究航空航天领域的国家都将铌当作未来研发发动机和火箭的备选材料。
那么西北工业大学是在什么样的情景下完成研究的呢?
从2021年开始,就有三批铌合金样品进入空间站,航天员们对其进行了研究,利用空间站内的独特微重力环境,对其进行了加热、熔化等实验,解释了它耐高温的特质,这对未来研究高性能材料意义非凡。
但它最直观的好处还是在于能提高战斗机的飞行性,尤其是在航空发动机里,高温合金能有效提升发动机工作效率,提高整体飞行性能。
除了应用在航空航天领域外,它其实对民用领域也有很大作用,比如石油、汽车、化工等。
除了铌合金以外,科研团队还对锆合金进行了实验,比如在轨凝固。
研究员们在做实验时发现,锆合金和在地球实验时完全不同的流动模式和内部温度。
锆合金最大的特性是生物的相容性和耐腐蚀性,在医学植入物、核技术的应用中是最必备的存在。
西北工业大学这一次在超高温合金材料上取得的好消息,对于国家的航空航天战略需求有很大帮助,最主要的是,它攻克了在航空航天领域最硬的一块骨头之一。
据了解,目前团队已经在空间站对6种合金材料进行了实验,实验次数不下100次,而且科研团队并不只对合金材料进行了研究,还加速研究了特种材料和新型功能晶体等。
更令人骄傲的是,西北工业大学已经不是第一次展现出自己在科技领域的实力了。
西北工业大学的实力作为中国国防七子的一员,西北工业大学虽然不高调,却从未缺席过任何一次在科技领域的进步和跳跃。
它的名字一旦出现,通常代表着它参与了某国家重大科技项目,或在某项目中取得了卓越成就。
比如此次超高温合金材料在空间站的表现,就是西北工业大学的杰作。
也正因为如此,让不少人开始怀疑自己的学习生涯为何相差这么多。
西北工业大学的科研团队用自身行动证明,科研团的实验地点并不只在实验室,更多的是向外走出去,比如将实验地点放在了空间站。
其实空间站有宇航员,以前也不是没做过小实验,不过他们并非专业,并不能代表某一精专领域的学者,况且他们还有自己的任务要做,并没有时间再去研究合金材料。
为此,科研团队在地面的时候就已经做好了预制项目,然后准备了详细的操作流程,等到航天员们有时间了,就可以按照科研团队给的操作说明进行实验。
原本大家都比较忐忑,毕竟空间站环境和地面有很大区别,实验能否成功都关系到之后的研究。
幸运的是,在航天员们无失误的操作下,他们顺利完成了实验,科研团队在地面等待实验结果并加以分析,才最终得出结论。
对于西工大而言,这不可谓是一次紧张的挑战,好在他们做到了。
除此之外,西工大还有很多闪光点和成就。
2022年7月,西工大承担飞天一号火箭的研发,而该火箭的成功研发也使我国在高超声速飞行器的技术领域和美俄等发达国家处于同一个位置,最起码有了竞争的资格。
2023年,西工大在长循环柔性金属电池的研究中取得突破,一时间引发科研界的热烈讨论。
金属电池看似很小很薄,像一张吹弹可破的纸,实际上是电极,主要原料是碳纳米管和纤维素,经过造纸工艺,才得到这样一个成品,最大的特点就是柔、薄。
它未来会应用到手机折叠的设计中,也就是说,有了它,手机就可以实现任何角度的折叠,实现真正的柔性屏。
未来只要能实现批量制备,它的生产过程很可能像生产纸张一样。
2024年,雄安-西安空天技术联合实验室“落座”西工大,计划展开关键核心技术的突破和前沿基础的研究,和校方一起培养总师型人才,并推动发展国家的空天飞行技术。
同年,西工大在氢能的研发中取得了9份荣誉,获奖的数量开创了历史的新高。
很少人知道的是,就连我国第一架无人机也是从西工大开始的,2024年5月,科研团队从萤火虫的特性上发现了和无人机相似的特性,并研发出新一代的通信无人机。
美国的嫉妒可面对如此优秀的西工大,美国却非常嫉妒,一直都在想方设法地针对。
而这份针对,早在2019年就已经开始。
美国在那一年,将西工大列入实体制裁的清单中,和当初限制华为是一样的做法,目的就是为了阻止西工大的科研团队和美国的科研机构合作。
不过这件事大多数人都不清楚,直到2022年被曝出美国国家安全局网络攻击我国高校。
西工大作为被攻击对象之一,一时间也被推上了浪尖,越来越多的人了解到西工大的成就,尤其是在了解了美国如此大的投入,只是为了整垮学校后,越发为西工大喝彩。
网络攻击对于美国而言已经是再常见不过的手段,西工大并未将其放在眼中,他们一直很清楚,面对强敌,最好的办法就是继续搞科研,用实力说话。
特别是此次在空间站成功突破铌元素的科研技术,更是推动了国家的航空航天发展,并且挖掘出中国才有的天然优势。
首先我国铌矿资源非常丰富,在全球都是数一数二的,2023年,含铌钢的产量就已经突破了1亿吨。
如果我国接下来要利用铌,那么国内的资源是非常足够的。
此前美国为了打压中国,试图利用铼金属卡中国的脖子,铼是非常稀有的一种金属,具有非常强的稳定性,耐热性也很好,和铌一样能应用在航空航天领域中,而且它的熔点最高能达到3186度,是航空发动机制造的材料之一。
但铼这种金属在中国的产量并不高,一般都是走进口的渠道,而美国恰恰是拥有铼金属相对较多的国家,截止2022年,全球范围内,美国的铼资源就占了45%,而这些也只是已经被探明的,没有被探明的还是未知数。
除了美国外,就剩智利和波兰是全球拥有铼金属最多的国家,2022年,他们的生产总量就占全球的87%。
其余的比如哈萨克斯坦、俄罗斯都是比较少的,中国居中,大约有250吨铼金属。
正因如此,美国有更多的信心利用铼约束中国。
不过,使用铼金属并不划算,首先它的含量低,需要处理几百几千吨的辉钼矿和钼精矿,然后才能得到一公斤左右的铼。
提取的过程也充满了污染,比如废水废渣等,对环境产生一定的影响。
不过,美国拥有一套比较先进的提取技术,同时也能够降低成本,利用自身优势,加上一系列的政策,美国企图用铼封锁中国。
然而,中国并不理会美国的挑衅,因为从2017年到2022年,中国发现铼矿的资源增长了50%,虽然不及美国多,也一样在缓步增长。
同时,我国还独立掌握了提取铼的技术,根本不用担心美国会封锁。
况且,在西工大的研究成果下,即便现阶段利用铌或其他元素合金材料也能达到不错的耐热效果,在航空航天领域中,两者的发展双线并行,相信在不久后的未来,中国能够突破更多技术壁垒,引领世界走在最前方。
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参考资料:[1]“雄安-西安空天技术联合实验室”在西工大成立|来源:西北工业大学
[2]“长循环柔性金属电池”取得重大技术突破|来源:环球时报
[3]西工大斩获新材料领域9项大奖|来源:西安发布