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西工大新战略材料铌合金:送到太空才能加工用到战机上很可怕! | PG电子
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西工大新战略材料铌合金:送到太空才能加工用到战机上很可怕!

2024-07-31 阅读次数:

  。这是一种新型高端材料,熔点超过2400摄氏度,在地球上都无法炼制,只能送到太空微重力环境才能做出来。虽然看似娇贵,但是一旦把它运用到战斗机或者火箭发动机中,中国的科技实力将会向前迈出一大步。

  铌合金是一种以铌为基础的、加入若干种元素形成的合金。一般来说,合金的性能都比较优秀,像西工大这次研究的铌合金,熔点超过了2400摄氏度。

  这样耐高温的材料,人们往往第一时间想到的是像钨这种坚硬无比的金属,然而铌合金在能够承受高温的同时,却还有着极强的韧性。说到这里,就不得不说一下人类发现铌金属的历史了。

  人类发现铌金属的历史,要回到 1801 年。那年,英国化学家查理斯·哈契特在大英博物馆的一种矿石样本中发现了铌。这种矿石样本是由美国康涅狄格州的约翰·温思罗普,在1734 年的时候送来的。

  经过多次实验之后,哈契特从矿石中分离出锰、铁等多种单质,然后还得到一些黑色的金属氧化物,

  。经过与已知金属氧化物比对,他确认其中蕴含着一种人类未发现的新元素。为纪念这块矿石的产地,他就将这种新元素命名为“钶”。

  时间来到19 世纪初,瑞典化学家埃克伯格,从芬兰得到的矿石里分离出一种抗腐蚀能力强的新金属元素,然后用希腊神话中的英雄坦塔罗斯命名为 “钽”。

  由于钶和钽的性质非常相似,于是就引发了科学界对它们是否为同一金属的激烈讨论。

  1844 年,德国化学家罗斯,对来自波登马伊斯的矿石进行研究,并且从中成功分离出两种化学性质相似的元素,其中一种是已知的钽元素,另一种是全新元素。

  为纪念这一发现,他将新元素命名为“铌”,其名称词根来源于坦塔罗斯的女儿尼奥比,寓意该元素如神话般珍贵独特。然而当时“铌”与“钶”是否为同一元素,并未得到明确解答。

  1866 年时,瑞士一位叫做马利纳克的科学家,发明有效分离钽和铌的“分步结晶法”,后来经过对比,发现它们实际上是同一种元素。在命名时,他也认为用坦塔罗斯之女尼奥比来命名“铌”,更具逻辑性和文化底蕴。

  然而在那个时候,马利纳克的命名提议仅得到欧洲科学界支持,对于美国科学界,他们认为“钶”得名更早,并且有纪念哥伦布的意义,所以坚决反对。

  直到 1949 年的时候,国际纯粹与应用化学会召开会议作出裁决,才正式确定元素周期表中第 41 号元素的名称为“铌”,而“钶”则作为旧称保留。至此,长期的命名争议终于画上句号。

  这种材料相当特殊,它的密度比铁还大,和铜差不多,表面呈银灰色,质地非常柔软,并且它的化学性质又非常不活泼,不仅耐酸,而且还耐碱,然而更让人惊讶的是,这种金属还超级耐高温,熔点达到2468摄氏度,在十九世纪根本没有办法能够把它融化,所以研究起来非常麻烦。

  其实像铌合金这样耐高温的材料,通常会被优先考虑用在航空航天工业领域,尤其是航天器的发动机,不仅对材料的耐高温能力要求高,而且对材料的强度要求也很高。像传统使用的陶瓷,

  虽然耐高温上达到了要求,但是这种材料在室温下会产生脆性,总是不尽如人意。

  铌的热强合金具有良好热强性能、抗热性能和加工性能,刚好符合航天发动机的需求,最适合用来制造发动机的零部件,以及燃气轮机的叶片等

  或者也可以制成薄板和外形复杂的零件,用作航天和航空工业的热防护和结构材料。在深空探测、行星开发领域,可成为关键助推器;还可用作核反应堆结构材料,太阳能电池板建造等。

  西北工业大学研究的全新铌合金材料,能经受住2400℃高温环境的考验,并且极具韧性与稳定性,室温环境中也能保持状态恒定。

  未来不仅能装配在航天器材上,还能用于战斗机发动机制作,用其打造的叶片,在室温和高温时的表现都十分稳定,可轻易制PG电子 PG平台造为战斗机需要的翼型曲线,还能保证内部中空,让内部各类管路的气体实现循环顺畅,散热效果俱佳。

  除此之外,像电子工业领域、医疗领域、原子能领域等很多方面,如果用上了铌合金材料,对于这些行业将会产生巨大的推动作用。这感觉就好像电影《黑豹》里的振金一样,就算是落后的原始部落,也能通过新材料赶超世界文明。

  据统计,全球铌储量预计超过1700万金属吨,其中巴西的铌资源最为丰富,储量高达1600万金属吨,约占全世界的90%,居世界第一。主要分布于巴西、加拿大、澳大利亚、中国、埃塞俄比亚、尼日利亚、俄罗斯、美国、刚果(金)、肯尼亚等国。

  2023年全球铌资源生产量约8.3万金属吨,其中巴西的产量约为6.6万金属吨,约占全球总产量的88%。巴西的Morro do Seis Lagos矿床是全球最大的铌矿床,Nb₂O₅储量8143万吨,平均品位为2.81%;Araxá矿床是当前正在开采的高品位矿床,Nb₂O₅储量为4558万吨,品位1.74%。

  ,主要分布在内蒙古、湖北、江西、新疆、湖南、广东、福建等地。并且中国最大的铌矿床是内蒙古白云鄂博矿床,属于稀土-铌-铁(REE-Nb-Fe)多金属超大型矿床。

  有数据统计显示,中国铌资源储量(以Nb₂O₅计)约为927万吨,其中白云鄂博矿床铌储量约660万吨,约占中国铌储量的70%。除此之外,中国西南地区玄武岩风化壳富集铌,有望成为新兴的表生作用铌矿种类和潜在的铌资源来源。

  虽然很多国家都有铌矿资源,但其实这种材PG电子 PG平台料的应用难点不在开采,而在于如何制成合金。

  铌合金,以铌为基加入若干种元素形成的合金,是一种重要的难熔金属材料。主要包括铌铪合金、铌钨合金、铌锆合金、铌钛合金、铌钨铪合金、铌钽钨合金和铌钛铝合金。铌合金通常保持了纯铌的低温塑性,同时具有比纯铌高得多的强度和其他性能。

  要制作铌合金材料,就必须要考虑铌金属的熔化问题。铌金属的熔点在2400度以上,而沸点达到4744度,这是它的优势所在,也是人们难以驯服它的原因,

  为了解决这个问题,西工大的研究团队就借助中国空间站的实验室,把相关材料送到太空,让航天员在太空帮忙做实验。

  由于没有重力的影响,熔融态的金属铌在太空中并不需要容器,就可以很方便地进行各种操作。

  这有人肯定要反驳,钨的熔点和沸点都要在铌之上,用钨作为容器不就行了吗?话虽如此,但是要注意,要炼制合金,不仅要考虑把金属融化,还要考虑到没有杂质进去,这下地球的炼钢炉里,很明显难以实现。

  另外,在地球上炼制合金,总是要考虑到其他成分因重力导致分布不均的问题,但是在微重力状态下,就不会有这种问题。

  总体来说,西工大这次的成果,不仅是向外界表明了我们掌握了铌合金这种材料,更是告诉了世人,我们国家的合金制造技术正在领先全球。毕竟在太空里冶炼金属这种事,全世界也没几个国家能做到。并且在后面,还会有更多的合金材料被送往太空,到时候将会诞生更多优质合金。PG平台 PG电子游戏PG平台 PG电子游戏