前言
2023年5月,我国首款按照国际通行标准、完全自主设计的大飞机-C919,正式投入商业运营,打破了长久以来美国对我国航空发动机技术上的封锁。
但出人意料的是,这架国产飞机的“心脏”,航空发动机的设计灵感,居然来自2500年前中国古人发明的铸造技术,甚至美国人的设计灵感也是由此而来。
那么,这种两千多年前的技术,是怎么帮助中国突破的呢?
云纹铜禁
其实,这种技术的来源,还得追溯到1978年,在河南南阳出土的一件震惊世界的青铜器,云纹铜禁,虽然名字听起来有点复杂,但功能不难理解,它就相当于我们现在用的桌子。
根据考古研究发现,这件青铜器的诞生时期能追溯到数千年前的春秋时期,而为什么把这个放东西的桌子称为“禁”,也是有原因的。
大家在看古代电视剧大官准备宴会的时候,总能看见下面的宾客一人前面都放个小桌子,这个小桌子就是禁了,是用来提醒这些宾客不要贪杯的。
因为当时的领导者觉得,夏商的灭亡就是因为嗜酒无度导致的,甚至颁布了禁酒令,民众不可以聚众饮酒,就算是王公大臣也只能在祭祀的时候喝酒,这也是云纹铜禁的由来。
而云纹铜禁最令人称奇的就是它的铸造方式,毕竟当时可不像现在这样拥有切割的机床和焊机,为了造出如此精美的云纹铜禁,我国古代的匠人发明了“失蜡法”。
顾名思义,这种方法先用蜂蜡制成的蜡模雕刻出精美的花纹,然后用陶土细细的包裹,再用高温把蜡融化,剩下的内部就可以用来盛放青铜溶液。
不得不感叹于古人的智慧,在当时没有现代设备辅助的情况下,还能成功用失蜡法建造出这么高难度的青铜器,令人叹为观止。
但我国的失蜡法,却出现在了美国的实验室当中,这是怎么回事呢?
美国的“熔模铸造”
在二战时期,许多外国人登陆了我国的领土,而美国一位名叫奥斯汀的工程师,在我国云南的一个小作坊里,观察到了我国工匠正在使用失蜡法进行铸造佛像。
工匠通过蜂蜡雕刻出精细且完美的佛像,然后用泥浆进行包裹,经过烘烤之后就变成了完美的铜器模具,这种锻造方法让奥斯汀想到了困扰美国很久的航空业难题。
当时美国的涡轮叶片由于锻造工艺的缺陷,频频断裂,奥斯汀在想到这个方法之后,将我国的失蜡法进行改进,蜡模更换成了更加耐高温的材料,外壳也进行了更换。
他凭借着这套改进之后的工艺,彻底改变了美国的涡轮叶片,推动了美国航空发动机的研发,然后奥斯汀将这套方法命名为“熔模铸造”,并声称自己是首创。
令人意外的是,这种做法居然先引起了日本的不满,日本学者说,中国早在春秋时期就掌握了失蜡法,在汉代的时候就传入了日本,怎么能算是美国的首创呢?
在铁证如山的情况下,这场国际上的争议最终以美国低头,承认技术确实是来自中国告终,我国古人发明出来的技术,在各个国家都发扬光大。
令人没想到的就是,美国从我国得出了灵感,制造成功了之后,居然反过头来对我国进行封锁?
美国封锁技术
自从我国宣布要自主研发大飞机之后,美方就对我国禁止出口了航空发动机的关键原料,单晶涡轮叶片,就是这么一个小部件,却成为了卡住我国发动机发展的大难题。
因为飞机在飞行时,发动机的涡轮叶片需要在1600度的高温之中,持续不间断的高速旋转,承受的压力和温度难以想象。
打个比方来说,涡轮叶片在高速旋转时需要承受的离心力就相当于十几辆大卡车的重量,所承受的温度都不亚于火山岩浆的温度,对叶片的材料和工艺要求非常高。
美国造出的发动机叶片,一片的价值已经赶上30克的黄金那么贵了,还禁止向中国出口,就算想买都买不到,这种情况下我国只能想办法自主进行突破。
当时以我国的技术水平来看的话,我国的教授说,我们造出来的叶片表面像蜂窝煤一样,全是气孔,在实际的飞行中,连100个小时都撑不住。
随后,我国的工程师就想到,能不能从失蜡法中获取到一些灵感,通过古代的方法结合现在的技术,能否成功突破美国的封锁呢?
再获新生的失蜡法
说干就干,我国科学家打算将失蜡法进行改良,用来铸造单晶的叶片,尤其是现在已经熟练的3D打印技术的运用,通过3D打印出的蜡模比古代人用手工雕刻的要精细的多。
古代的时候就算是手法再厉害,技术在精湛的工匠,对于精准度的掌控可能也就是毫米级别的,但现在3D打印的技术轻轻松松就能达到微米级,远超古代任何的工匠。
并且现在的铸造方式还可以往“陶壳”里加入耐高温的材料,将“蜡模”的耐高温再次往上提升了300度,可以使锻造出来的成品质量提升一个档次。
还不仅如此,通过现代科技还首创出了定向凝固的技术,让融化后的金属晶体能够像水稻一样整齐的生长,通过这些技术,最终我国成功突破了美国的技术封锁。
而且我国制造出来的单晶涡轮叶片,在整体质量上也超越了美国,叶片的寿命也得到了翻倍的提升,也标志着中国成为了全球少数掌握高端叶片制造技术的国家之一。
不仅让人为之感叹,从四大发明、到各种文字书画,都是我们老祖宗留下的宝贵“遗产”,使我们至今都受益无穷,这次的失蜡法帮助我国航空发动机的突破就是个鲜明的例子。
当美国试图用技术的枷锁束缚中国的时候,我们却用祖先留下的“钥匙”打开了新的大门。
结语
失蜡法和现代技术的结合,不仅是一场“跨越千年的对话”,更体现出了我国古代人民的超高智慧,大家觉得还有什么古代的方法能和现代技术相结合吗?
信息来源
“对话”千年铸造技艺——失蜡法 新华社新媒体上博讲坛|三千年传统工艺,是这样助力国产大飞机的 新民晚报
云纹铜禁:“美酒虽好 切勿贪杯”中安在线
何以制造?——写在2024世界制造业大会启幕之际新华网