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鉆石的「貴重錸」是什麽?為什麽航空工業的發展要依靠它?

1870年,化學家門捷列夫在發表元素周期表時預言了壹種神奇的元素。在1914年,英國物理學家亨利·莫塞爾計算了這種元素的壹些數據。直到1925年,奧托·伯格才在鉑礦和鈮鐵礦中檢測到這種元素,並正式命名為錸。

據科學家介紹,錸是壹種銀色的重金屬,化學符號Re,熔點3186,沸點5596。它是熔點和沸點最高的元素之壹。它是地殼中最稀有的元素之壹,估計含量為十億,其中大多數與鉬共生。

從性質上來說,錸只是壹種熔點高、儲量少的稀有元素,也是壹些常見元素。但是,我要告訴妳,從現代工業的角度來看,錸是非常重要的!甚至很多地質學家把它比作“珍貴的錸”。

經過詢問,幾位地質研究人員告訴我,錸這種稀有金屬非常昂貴,因為它比鉆石更難開采。從我查詢到2013年8月,錸的平均售價為1 kg/4575美元。要知道當時的黃金價格才142.30$(美元)每金衡盎司。

因為錸可用於航空、火箭發動機燃燒室、渦輪葉片、排氣噴管、高效噴氣發動機等諸多尖端軍事和工業領域。因此,錸的地位非常重要。但是,錸在上個世界被擱置了很久。

我查了壹下資料,發現在1925-1950,由於當時的技術,人們對錸這種元素的認識普遍不夠;而且由於錸的稀缺性,科學家只是把它放在實驗室裏進行研究,並沒有對它進行合理有效的利用。

1950期間,因為美蘇冷戰,噴氣式飛機發展迅速。洛克希德·馬丁公司的工程師在研制飛機發動機時,發現機匣和渦輪葉片之間有很寬的縫隙,渦輪前面的溫度會更低,葉片不會因為工作溫度高而變形。

然而,工程師後來發現,渦輪前的溫度每增加壹次,發動機功率就會增加100%。比如著名的B-52轟炸機使用J57發動機時,渦輪溫度1300k,推重比3-4;更換J59發動機時,渦輪溫度為1500k,推重比升至5-6。

因此,工程師們首先改進了渦輪發動機。新發動機被命名為:渦扇發動機,也就是現在的主流發動機。它可以充分利用渦輪前的高溫和風扇轉動的能量,使發動機性能進壹步提高。比如改進的J59,渦輪溫度1700k,推重比7.5-8.5。

隨著推重比的增加和渦輪溫度的升高,工程師們發現由鎳合金制成的渦輪葉片開始逐漸蠕變(變形),甚至與發動機機匣發生碰撞。這時,熔點僅次於鎢的錸終於進入了大家的視野。

1970年,麥道公司在F-15發動機的渦輪葉片中混合了3%的錸,工程師們發現葉片具有優異的耐高溫性能。2003年,科學家將錸的含量提高到了6%。這樣壹來,F-22的機動性得到了極大的提升,達到了驚人的2.25馬赫(2410km/h)。

美國國家航空航天局發現,加入錸後,合金的高溫蠕變強度會大大提高。因此,美國國家航空航天局將錸合金應用於火箭發動機的尾噴管。他們發現,錸合金制成的火箭噴管可以在2200的高溫下烘烤654.38+萬次而不產生熱疲勞。

嘗到甜頭的美國國家航空航天局為了增加推力,壹揮手就把錸合金用於阿波羅的飛船發動機和助推火箭發動機。錸作為地球上熔點最高的元素之壹,被歐洲核物理學家視為受控核聚變反應堆內壁的替代材料。

此後,錸終於在現代人類工業中找到了自己的位置。然而,正如我前面所說,錸是壹種極其稀缺的資源。根據美國地質調查局2015年公布的數據,全球錸儲量約為2500t..其中智利以1300t最為豐富,美國390t,俄羅斯310t,哈薩克斯坦190t。

此後,世界上80%的錸用於航空發動機。據統計,僅通用電氣、羅爾斯公司和普拉特公司三家航空發動機巨頭就使用了全球68%的錸產量。因此,西方對錸的消費量巨大,每年達到70t。

雖然我國從1960開始勘探錸,但50年來壹直沒有大規模的儲存。妳知道:巧婦難為無米之炊,資源決定科技發展速度。作為渦輪葉片的主要材料,正是因為錸資源的稀缺,我國在航空發動機領域壹直沒有大的突破。

2010,地質學家在陜西洛南縣發現大型錸礦,儲量約176t;2017年,地質勘探隊在安徽省涇縣發現錸礦,探明儲量30t,開發條件優越。最後,這些探明的錸礦幫助了我們的工業發展,邁出了堅實的第壹步。

此前,中國大部分錸資源依賴進口。因為數量壹直有限,自身產量不高,所以只能優先考慮航天火箭的發動機。今天,錸礦的發現使中國的航空航天工業得以迅速發展。

最近,中國科學家宣布,錸將用於航天器的塗層。眾所周知,航天器往返太空時,由於與大氣層的劇烈摩擦會產生高溫,這對航天器的要求非常高。因此,科學家們看中了錸的高熔點,決定用錸作為航天器的塗層。

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