中国太空首造工业级金属,航空航天技术开启全新制造时代

梁先生说事 2025-01-09 15:48:40

2025年七月一号《南华早报》,爆出一则消息,中国成功的在太空中制造出了工业级的铌合金。

今天就围绕这件事来说一说。

首先解读一下这条消息。

这个消息中,需要注意三个关键词,太空、工业级、铌合金。

太空好理解,先放到一边。

解释一下工业级。

所谓的工业级,指的是产品的精度,生产环境等等的生产条件和成品质量,都能够满足工业生产的要求。

要知道一款产品通常都是在实验室里诞生的,而实验室的条件要比现实的条件更加的理想化。

那么产品从实验室走出,放到现实中,进行工业生产是绝对不可行的。

其一是成本问题。

创造一个和实验室一样的环境来生产产品,这几乎是不现实的。

因为实验室的条件往往是脱离现实,更加理想化的条件。

就算是真的创造出来这种理想条件,成本将会无限拔高。

到时候生产出来的产品,但凡有可以代替,就算是效果低一截,都会没有销路。

其二,这种理想化的生产条件,每一个环节都需要注意,一旦有一个环节出现问题,那么整个生产条件将会被破坏。

也许这个环境就要重新进行建设。

这种生产对于企业来说是致命的,因为在大批量的生产中,没有人能保证百分百不出现问题。

而实验室因为小,好控制,就算是重新来过,也绝对会比工业生产重新来过要花费的少,或者说极少。

所以从实验室到工业生产,是一道坎,而且是一道非常高的坎。

也就是说,一旦一个产品说达到了工业级,那么就意味着这款产品,已经可以进行量产了。

铌合金。

这三个字就算是合到一起,都知道,这就是以铌作为基础原料,然后加入其他元素混合而成的金属。

关键是这种金属有什么优点。

首先铌合金的可塑性非常的好,可以将这种金属拉成非常薄的薄板,甚至制作各种形状各异,构造很复杂的金属零件。

当然可塑性好的金属有很多,为什么铌合金可以上榜呢?

因为铌合金还容易加工,甚至对其进行焊接之后,表现出来的性能依然良好。

容易加工很容易理解,想怎么处理铌合金一般的工具都可以进行。

再有就是焊接,需要将两个部分粘合在一起,一般的条件也可以进行。

所以这三个特点加起来,就让铌合金变的弥足珍贵了。

而铌金属本身的熔点还特别的高,熔点达到了两千四百六十七度,关键在一千零九十三度到一千四百二十七度的范围内,强度还特别的高。

也就是说铌金属是一种耐高温材料,那么铌合金也成功的继承了这一优点。

所以铌合金一般在航空航天中有着广泛的应用,比如做隔热材料,或者做结构材料等等。

除此之外铌合金还具备耐腐蚀,具备恒弹性,无铁磁等等的性能。

所以铌合金在超导领域,核反应堆材料,以及特殊弹性元件都有应用。

最关键一点,铌合金还便宜。

其实铌合金的研究从上个世纪五十年代就开始了,中国的研究也不算晚,在1958年也开始了生产工艺的研究。

到了1963年的时候,铌金属就已经达到了工业生产的要求,并进行了生产。

说道这里,就出现一个问题。

既然在上个世纪就能进行工业生产,那么现在提这个,是不是过了?

不过。工业级和铌合金了解了,再加上太空,这就了不得了。

太空

太空的环境更加理想,没有重力的干扰,材料内部的分子会更加的均匀,会体现出在重力情况下不一样的特点。

太空中的环境更加的纯粹,毕竟是真空环境。

当然在空间站中,是有空气的,但这种空气会比地面上的空气更加的纯粹,至少没有太多杂质的参与,让产品的纯度变的更高。

最后就是太空中的高辐射环境。

太空虽然是真空,但无时无刻都会有各种辐射线进行穿梭,这种穿梭无视飞船,能够穿透过去。

那么在这种环境下生产出来的材料,会出现什么变化,都是出人意料的。

而这个出人意料,就意味着会偶尔诞生一些全新的特性,就算是没有,也会提高本身的原有的属性。

当然向着相反方向发展也是有可能的,但这给这种产品有了变化的可能。

关键一些初看是缺陷的特性,换个领域,也许就是好的呢?

这谁也不知道。

所以这三个关键字合到一起,就意味着中国在太空中制造的铌合金,是达到了工业级的要求。

在太空中诞生的铌合金,这不仅会颠覆一些航空航天技术,甚至创造出一个全新的制造时代。

讲解一下产生的疑问

疑问一,在太空中生产,这个成本是不是太高了。

这个问题可以从几个方面来回答。

其一,你不行,我可以。

垄断产业有着得天独厚的条件,将成本进行转嫁,让客户来买单。

比如过去被美国引以为傲的光刻机,五千多家企业提供零件,而且这些零件的供给还是很多国家提供的。

那么一台光刻机的时间成本,运输成本等等都会叠加在产品中,于是一台顶尖的光刻机价格,就买上了天价,上亿美元一台都不愁销路。

当然了,垄断是不可能长久的。

只要是人类研究出来的产品,被突破是迟早的问题。

如今的阿斯麦,也感觉到了这种危险。

其二,太空中的运输成本可以降低。

在太空中生产产品,最麻烦的是运输成本。

目前主要是通过火箭发射飞船来运输物品的,这种运输模式成本非常的高,往往以公斤来计算。

早之前美国送往太空一公斤物品,就需要花费五万四千美元。

随着技术的发展,目前可以控制在一公斤一万美元以下。

尤其是可以重复利用的技术,让这一成本会进一步的压缩。

但在这里又会出现另外一个问题。

飞船的空间有限,运货的能力也不足。

而且火箭的发射,并不能做到想发射就发射,是需要时间进行安排了。

其实这个问题,也在突破中,而且有望很快突破。

比如中国的无人驾驶航天飞机——昊天,在第十五届中国国际航空航天博览会上出现。

昊天航天飞机是一种只要需要就可以进行发射,而且还可以重复使用的航天运输工具。

当然了,昊天航天飞机的运载量不是很大,只有两吨。

但任何技术的发展都是趋向成熟的,两吨的运载量只是从零突破到一的实践,再往后发展就不会只有两吨了。

再有中国载人登月也进入了倒计时。

那么登陆到月球上,不是为了看风景,是为了科研,是为了月球上的资源。

也就是说,当人类踏足其他星体之后,运输是一个急需解决的问题。

所以太空中的运输成本目前来看是高,但随着技术的发展,这不会成为一个问题的。

其三、太空实验室成功了,意味着取得了数据,那么在地表上按照这个数据去建立工厂,进行生产是可行的。

所以太空实验成功,并不是说就得在太空中进行生产。

当然了,随着科技的发展,在太空中建立工厂,也不是不可以的。

只要将运输成本压下来,太空的生产条件会更加的自然,但这就需要一个庞大的计划,而且前置的技术也需要积累到一定程度才可以实现。

将问题在回到这次的太空实验中

这次铌合金实验经过了三年时间的验证,怎么做的呢?

利用激光照射漂浮在真空室内的合金颗粒。

三年的时间里,一共换了三次样本和设备,最终制造出了符合工业应用要求的铌合金。

那么这种在太空条件下制作的铌合金具备什么特点呢?

首先是轻,其次是在高温下可以具备三倍以上的抗压强度。

轻这个特点,在航空航天中是非常重要的要求。

毕竟飞行器的空间有限,轻就意味着可以空出更多的荷载。

高温抗压这个特点就更加好了,不说别的就说发动机,不管是航空发动机还是航天发动机,都是在高温环境中运行的。

所以高温材料是限制发动机发展的关键。

高温下三倍的抗压强度,这意味着什么,就不用多说了。

问题来了,那么之前在地面上就没有类似的工业级合金吗?

举个例子。

比如目前被普遍合成的铌硅合金,不管如何优秀,但有着致命的两个缺陷。

其一,需要在一千六百度的高温下,进行一百小时的生长,才可以得到。

一千六百度的高温,什么样的工厂在这个温度下都会退缩的。

关键是一百个小时的生长,太慢了。

生产的成本会加大很多的。

其二,就算是符合这两个条件,生产出了铌硅合金,有着非常大的缺陷。

在室温下这种合金非常的脆弱。

脆弱二字,在工业生产中,显然就是不符合标准的代名词。

比如应用到发动机上,工厂会直接将原料丢到垃圾堆里,不会看上一眼的。

那么这次中国在太空中的实验,采用了一种全新的办法,将该种合金的室温强度拉高了三倍,而且完全满足了发动机生产的需要条件。

所以铌合金一旦在中国可以进行大规模的生产,这就意味着中国在高端制造领域中,将实现重大突破,并占据非常大的优势。

而对于中国的材料学来说,将是一次重大突破。

要知道中国在材料学领域中相对来说是比较落后的,那么这次的突破,让中国开创出一种全新的制造时代。

0 阅读:0

梁先生说事

简介:关注我吧