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1801年大英博物館決定淘汰一部分藏品為“日不落帝國”從世界搜刮而來的藏品騰出空間，首當(dāng)其沖的是平淡無奇的礦石樣品，它們是英國軍隊從世界各地帶回來的，如今“由來只聞新人笑，有誰聽到舊人哭”。
這些樣品被送到牛津、劍橋大學(xué)進(jìn)行研究，英國化學(xué)家查理斯·哈契特在其中一種礦石樣本中發(fā)現(xiàn)了金屬鈮，這是人類第一次發(fā)現(xiàn)這種物質(zhì)。
鈮的密度比鐵大，和銅差不多，表面呈銀灰色，質(zhì)地非常柔軟，不僅耐酸耐堿，而且還超級耐高溫，熔點(diǎn)達(dá)到2468攝氏度。這種溫度等級使研究起來非常麻煩，所以很長一段時間里它和鈦、鋯、鉿、鉭、鎢、鉬、釩、錸、锝這些難熔稀有金屬一起被長期束之高閣。
二戰(zhàn)時期，隨著制空權(quán)重要性的日益凸顯，研制出飛得更高、更快的戰(zhàn)斗機(jī)成為各國競相爭奪的科技賽道。發(fā)動機(jī)的耐高溫性能決定了飛機(jī)的速度，英、德、美、蘇等國開始向鋼材中加入其他金屬，開發(fā)高溫合金。經(jīng)過半個世紀(jì)的努力，人類發(fā)展出了以鐵基、鎳基和鈷基為代表的三大類高溫材料，耐高溫能力從最初的750℃提高到90年代末的1100℃。
隨著人類對超音速飛行的需求，這種溫度很快又不滿足要求了，這種情況下美國另辟蹊徑研制出史無前例的單晶高溫合金技術(shù)，硬生生將耐高溫能力提升到1400度左右。技驚四座的那一刻，同時也宣告?zhèn)鹘y(tǒng)鐵基、鎳基和鈷基高溫合金的潛力全部被榨干。
全球冶金科學(xué)家的目光不約而同地盯上了曾經(jīng)被束之高閣的難熔金屬鈦、鋯、鉿、鉭、鎢、鈮、鉬、釩、錸、锝。
這里面熔點(diǎn)最高的是鎢，能達(dá)到3410℃，但鎢的密度大、硬度大，韌性不好。飛機(jī)發(fā)動機(jī)葉片不僅要考慮重量，還要看高溫高壓下的性能表現(xiàn)，是不是能持續(xù)保持硬度和韌性，所以鎢很快就被淘汰出局。
接著美國將鈦、鋯、鉿、鉭、鈮、鉬、釩、錸、锝全部一通測試，由于這些金屬熔點(diǎn)高根本就沒有辦法和鐵“水乳交融”，絕大多數(shù)加進(jìn)去后，呈現(xiàn)涇渭分明的情況。經(jīng)過不懈努力，美國發(fā)現(xiàn)在鎳合金葉片中加入1%的錸，能將耐高溫能力提升到1700度左右。
錸的儲量非常低，全球僅有2650噸。美國突破后秘而不宣開始全球布局，到處買礦收購他國企業(yè)，萬事俱備后方才對外宣布錸合金的突破，這個時候美國已經(jīng)實(shí)際控制了全球90%的錸礦，一騎絕塵，無人能與之競爭。
中國航空業(yè)發(fā)展晚，直到90年代才開始惡補(bǔ)發(fā)動機(jī)技術(shù)，2000年開始聚焦高溫合金的發(fā)展。跟隨戰(zhàn)術(shù)永遠(yuǎn)比對手慢一拍，而中國的目的是超越美國，加上美國掌控了全球的錸礦，所以不管美國把錸合金吹得天花亂墜，中國從一開始就沒有打算從錸身上入手。
這就好比傳統(tǒng)的燃油汽車，西方國家在發(fā)動機(jī)技術(shù)、底盤技術(shù)、變速箱技術(shù)上深耕百年，技術(shù)爐火純青，將汽車三大件調(diào)試得天衣無縫，不管我們怎么追趕如何努力，總是缺那么一點(diǎn)意思，所以在燃油汽車上中國汽車工業(yè)一直被西方汽車工業(yè)壓制得死死的。
這種情況下錢學(xué)森在1992年上書中央：“傳統(tǒng)汽車中國永遠(yuǎn)也超越不了西方，建議跳過汽油和柴油機(jī)，直接發(fā)展新能源汽車?！彼越裉煳覀儗?shí)現(xiàn)了用電機(jī)、電池、電控系統(tǒng)輕松破解西方汽車工業(yè)的技術(shù)護(hù)城河和產(chǎn)業(yè)霸權(quán)，彎道超車實(shí)現(xiàn)反向輸出。
在航空發(fā)動機(jī)上中國科學(xué)家“以終為始”，首先根據(jù)推重比構(gòu)建起三維的數(shù)學(xué)模型反向推算，當(dāng)前的渦扇發(fā)動機(jī)最惡劣的工況是每分鐘轉(zhuǎn)速10000轉(zhuǎn)以上，溫度1800攝氏度，接著未雨綢繆考慮第六代戰(zhàn)斗機(jī)需要使用的下一代發(fā)動機(jī)，發(fā)現(xiàn)理論推重比需要超過15，這樣的結(jié)果是高壓渦輪的進(jìn)氣溫度要求達(dá)到2100攝氏度以上。
不僅如此，這種超高溫合金材料還要滿足三大基本指標(biāo)，一是高溫強(qiáng)度，二是室溫韌性，三是高溫抗氧化性。
高溫強(qiáng)度是指超高溫合金不允許受熱變軟，即便2000度高溫下依然要夠硬；
室溫韌性是指可加工性，在常溫中進(jìn)行機(jī)械制造，加工出我們需要的形狀。很多非金屬陶瓷材料耐高溫性能非常好，但在常溫下卻非常容易破碎，撞一下就成渣，沒辦法加工；
高溫抗氧化性是指在任何情況下都不會和氧氣發(fā)生反應(yīng)。大家看打鐵或鍛造的時候，每次沖擊后金屬表面總是有一層殘渣掉下來，那是因?yàn)闇囟忍吡?，鐵的表面跟空氣中的氧氣反應(yīng)，變成氧化鐵脫落。超高溫合金材料一直在高溫高壓下工作，如果抗氧化性能不好，很快就會“鐵棒磨成針”。
這種情況下，不打破常規(guī)中國連追平的機(jī)會都沒有，更不要談超越。因此中國科學(xué)家把高溫合金的目標(biāo)直接鎖定在這些難熔金屬上，讓難熔金屬占主體，反其道而行之，而不是像美國那般用難熔金屬作為添頭去提高鋼鐵性能。
美國當(dāng)前使用的是傳統(tǒng)方式，有先天的不足和限制，錸的熔點(diǎn)高達(dá)3186度，最后他們只實(shí)現(xiàn)了1700度的耐高溫能力。
所以從一開始，中美就走了兩條不同的道路，美國用鎳鐵當(dāng)基材，把金屬錸當(dāng)“工業(yè)維生素”作為輔料，提升鎳基合金的性能，錸的含量只有1%；中國走的是把鈮金屬作為基材承擔(dān)主體作用，含量高達(dá)30%，而把鎳鐵等當(dāng)作添頭使用提升鈮金屬的性能。
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