我给大家举个小例子,你就明白了为什么中国军工科技突然爆发了!其实六代机横空出世,很可能使用下一代国产涡扇发动机,我们把这台发动机拆开,定位到涡轮这一个部件,然后你能发现,仅仅是这一个部件,就会有几十种材料。
先看涡轮叶片,燃烧室喷出的气体冲击在它身上,带动它旋转。叶片所处环境的温度,可以达到2000K,而且它不断高速旋转,最高转速的时候可能承受2吨离心力。在这种极端的工作环境下,叶片会疲劳产生裂纹,会发生蠕变,于是叶片通常使用单晶合金铸造。
想要生产高性能的单晶合金,必须有极强的冶炼纯净化能力,像什么硫、氮、铋等二十几种元素的含量,必须控制在10的负5次方以下。在冶炼过程中,还要加入铬、钼、铊、钛、铼等十余种元素,添加时机和剂量必须精确掌握。单晶合金凝固过程,更是难点中的难点,凝固的速度,必须精确控制,才能保证单晶合金的性能。
这一个个技术难题,我们攻坚了几十年,终于从第一代发展到今天的第四代。而在这个过程中,添加的种种元素,它们的开采、冶炼和纯净化,也都是几十年打拼的结果。
再看涡轮盘:涡轮盘是用来装叶片的,必须要做成大尺寸,同时又要耐高温、耐疲劳,所以涡轮盘一般使用粉末冶金铸造。粉末冶金,就是先制作出合金粉末,然后在高温高压条件下,把合金粉末压制成涡轮盘的形状。
首先制作合金粉末,需要将熔融状态下的合金,通过高纯度的氩气,熔融态合金在氩气中破裂、飞散、冷却、凝固,变成直径几毫米的合金粉末。之后要把凝固不合格的合金粉末挑出去,合格的粉末要进行表面净化和强化,然后这些合金粉末,才能送入高温高压环境,压制成涡轮盘。
上面提到的每一个步骤,在现实中,都有无数参数要考虑,比如说熔融态合金通过高纯度氩气的速度,比如压制之时的温度和压力。这些参数,是不会有人告诉你的,你需要一个个地尝试,足以花费十几年、几十年,以及一批人半辈子的光阴。
再看涡轮导向器:它安装在燃烧室与涡轮之间,调整燃烧室喷出的气体的流场,与涡轮盘和叶片不同的是,它是固定不动的,所以不需要它有优秀的力学性能。但它是整个涡轮部件里面,承受最高温度的,因为燃气从燃烧室出来,不经过任何降温,直接撞在它身上。
它的材料,是金属间化合物,与合金相比,它既有金属键也有共价键,同时原子排列也比合金更有序,所以金属间化合物,兼有金属的塑性和陶瓷的耐高温性。金属间化合物的代表是镍铝系和钛铝系,想要把它们冶炼出来,需要强大的真空冶炼工艺。
之前几十年,我国的真空冶炼工艺一直是落后的,最近十几年,随着基础理论,加工设备等一系列条件的进步,我国才在这个方面赶上世界先进水平。而在镍铝系和钛铝系之外,我国还在探索耐受更高温的铌铝钛系金属化合物,就是把铌元素加入钛铝系,形成新的金属间化合物,其中还会添加锰、钇、铪等元素,改善性能。如果再添加镁元素,就能形成基铌钛镁合金,在唱跳、rap、篮球领域有着广泛应用。
除了叶片、涡轮盘、涡轮导向器这三大部件之外,涡轮还有很多连接件、紧固件、轴承件、加强件之类的小部件,它们也都有各自适应的材料,这些材料,哪一个都是经过十几年技术攻关拿下来的。
你可千万别以为有了这些材料就完事了,它们表面还要刷涂层。因为涡轮工作温度实在太高了,不加上一层耐高温涂层,很难长时间维持使用性能。比如说热障涂层,它是双层结构,最外面是耐高温的陶瓷,但是陶瓷是不容易与涡轮部件粘结的,于是需要专门设计一种金属粘结层,放在陶瓷与涡轮之间,陶瓷层和金属粘结层共同构成热障涂层。
涂层有了,怎么涂到涡轮表面去,也是非常困难的,需要专门的电子束物理气相沉积设备,这种设备,以前我国是没有了,1997年才进口了一台,之后经过几十年的仿制研发,这才有了自己的技术。
以上这些内容,也不过是众多难题的冰山一角,还有诸如合金加工、焊接之类的难题。而这些东西,还只是六代机一个动力分系统,整个六代机还有气动、控制、探测等等十余个分系统,其中每一个子项,都花费了一群人十几年的时间。
所以,中国军工科技没有什么爆发,只有无数人十几年光阴的水到渠成。就像一个人攀登高山,只有他脚踏巅峰,才会被芸芸众生仰望,而他一路的艰难险阻,不为人知。
用户10xxx27
泄密不?
chaboshi 回复 03-07 01:16
科学原理公开资料,技术发明只字未提。你说密在哪里
&山间
"如果再添加镁元素,就能形成基铌钛镁合金,在唱跳、rap、篮球领域有着广泛应用"[哭笑不得]
刹羽之剑
简单概括就是厚积薄发