戍天九思原创第761期

据央视报道，近日中国空间站超高温合金材料研究取得新进展。西北工业大学团队通过空间站微重力环境，获得了金属铌的关键物理特性，实现了难熔合金微观组织结构与宏观形态的双调控，为铌合金等材料使用创造了条件。

太空实验室为研发新材料创造新条件

在地面环境下，由于超高温合金材料熔点高达2000多度，缺乏耐高温的实验容器，研究门槛高、成本高、难度大。

中国空间站微重力环境，重力加速度只有地球表面的四万分之一，物体在太空中呈漂浮状态，不需要特殊的耐高温容器，就可进行超高温合金材料实验。

据介绍，西工大研究团队选取的实验材料为铌合金，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。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。

铌是一种难熔金属，其熔点高达2468摄氏度。铌合金材料具有塑性好，加工和焊接性能优良等特点，可用作航天和航空工业的热防护和结构材料，因而被认为是下一代火箭和航空发动机的重要备选材料。

西工大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。

铝铌合金有望取代铝钛合金成为航发新材料

大家知道，航空发动机工作温度越高，发动机效率越高，推力也越大。近几十年，涡轮进口温度的提高，30%是因为材料的进步，70%是靠叶片冷却技术。这从一个侧面说明师昌绪院士发明的空心叶片冷却技术的极端重要性。

目前，中国航空发动机使用的是铝钛合金。铝的熔点660℃，钛的熔点1668℃，铝钛合金的工作温度接近钛的熔点，如C919发动机LEAP-1C达到1626℃。

由于铌的熔点更高，达到2468℃，那么，理论上铝铌合金的工作温度可能会大幅提高，接近铌的熔点温度2468℃。

目前，铝钛合金航空发动机工作温度已接近极限，迫切需要温度更高的合金替代。据网上资料，涡扇10涡轮进口温度是1747K，涡扇15涡轮进口温度是1850K（1577℃），相比涡扇10提高了103℃。

而美国的F-35战斗机用的发动机F135，涡轮进口温度2260K，即摄氏1980℃，比涡扇15高410度。据说采用的是钴钐合金，是稀土元素。

如果采用铝铌合金，其发动机的工作温度可能从铝钛合金C919发动机的1626℃提高到2468℃左右，足足可提高800多度。

由此可见，如果中国航空发动机能用铝铌合金取代铝钛合金，航空发动机制造水平将大幅提升，甚至超过美国。

“天宫”正成为科技强国的孵化器

7月26日，中共中央、国务院和中央军委作出给神舟十七号乘组表彰的决定。指出，航天员汤洪波、唐胜杰、江新林在轨驻留6个月，先后进行2次出舱活动，实施8次载荷货物气闸舱进出舱任务，完成50余项空间站建设升级维护维修任务，开展近百项空间科学实验与应用载荷在轨实（试）验。这是我国载人航天工程进入空间站应用与发展阶段的第二次载人飞行任务，首次圆满完成在轨航天器舱外设施维修，成功取回首批舱外暴露实验材料样品，标志着中国航天事业高水平科技自立自强迈出新步伐。

▲今年5月，71件舱外暴露实验装置及科学实验样品移交至中国科学院兰州化学物理研究所

这是三人组半年出差成果最丰硕的一次，标志着中国空间站应用发展走上快车道，硕果磊磊，未来可期！这是中国独立建造空间站的优势所在，也是国际空间站望尘莫及的。为什么?

因为国际空间站有章程规定约束：参与的15个国家有权了解发送到国际空间站的所有有效载荷的详细信息，同时明确禁止与军事技术相关的实验。事实上，由于美俄等大国对抗、相互掣肘，在国际空间站可展开的科研十分有限，这是众筹吃大锅饭的悲剧。

中国空间站就不一样，“我的天宫，我做主”。因此，“天宫”空间站创造了微重力和真空两大地球表面所没有的条件，不仅是太空技术的试验场和前沿科学研究的大平台，而且还将是国际科技交流的窗口、创新思维发源地和科技人才培养基地。相信未来中国空间站科研成果会越来越多，必将成为中国科技强国的孵化器和加速器。