谁还没听说过涡扇15这玩意儿？现在提到这款发动机，连外国的军事爱好者都忍不住点赞，觉得它真是全球一流的航发之一。

涡扇15今天这么强，背后有个连美国人都没想到的秘密：咱们居然在太空里搞出了一种超牛的金属！

航空发动机就是个“吃火的机器”。里面的叶片得在上千度的高温下飞快转动，要是材料撑不住，再好的设计都没用。

航发的“材料难题”

航空发动机被誉为“工业的璀璨明珠”，而发动机叶片正是这颗明珠的关键部分。

一台先进的涡扇发动机在运转的时候，叶片得在超过1500摄氏度的高温下，以每分钟上万转的速度疯狂旋转，还要承受巨大的离心力和气流冲击。

材料的耐高温性能、强度和轻量化程度，直接影响着发动机的推力、使用寿命和可靠性。

这些年，世界上的航空强国在材料方面一直都在拼个不可开交。早期的航发叶片大多用镍基高温合金，这种材质在高温下强度杠杠的，不过密度大了点，导致发动机整体重量增加。

钛合金虽然轻便，但耐高温的能力不太行，在涡扇发动机的高温区域就没法胜任。要突破发动机的表现，就得找种既耐高温，又强度高、又轻的材料。

在众多可以选的材料中，铌合金慢慢被科研人员注意到了。这种金属的熔点特高，能达到2468摄氏度，远远超过镍基合金的耐受极限。

而且在600到1600摄氏度的高温下，它的比强度（强度和密度的比值）也比镍合金和钛合金要强好多。

更重要的是，铌合金的加工性能非常好，可以做成薄壁或者形状复杂的零件，特别适合用来制造航空发动机的叶片等关键部件。铌还具有超导特性和低中子俘获截面，在原子能、超导等领域也有广泛应用前景。

铌合金的短处也很明显，高温氧化的问题成了限制它实际应用的“堵塞”难题。

当温度低于600摄氏度的时候，铌的表面会长出一层氧化膜来保护自己，但一旦温度超过这个界限，就会出现“PEST”氧化现象。

氧化的速度会一下子加快，生成的氧化层就松松垮垮的，容易掉，没法保护铌，结果材料就可能在实际工作温度之前就坏掉了。

更麻烦的是，要在地球环境下搞出高强度的铌合金晶体，得把温度撑到1600摄氏度，足足加热个100小时以上。

这不仅消耗电力特别大，做出来的成品还容易脆，又不够韧，根本达不到发动机零件的使用标准。

太空实验室的重大进展

为了克服铌合金制作的难题，中国的科研团队把眼光放在了太空的微重力环境上。

在地球的引力影响下，材料在熔化和凝固的时候会出现对流和沉降等现象，这样就会导致晶体的成分不均匀，内部缺陷也会多一些。

在太空那种微重力的环境下，这些干扰因素大大减少，材料可以均匀地融化，然后慢慢凝固，这样就给制造高质量晶体提供了很好的条件。

从2021年9月开始，三批铌合金实验样品先后通过天舟三号、四号和五号货运飞船送到了天宫空间站。

中国的宇航员在空间站里搞了一堆高精度的实验：在专门的真空实验舱里，用激光照射悬浮在空中的铌合金颗粒，让它们均匀地融化。

通过精准的温控系统调节冷却速度，让合金慢慢降温、凝固；同时利用高精度的传感器实时记录材料的温度变化和晶体生长等重要数据。整个过程得对温度、压力、激光功率这些参数进行毫秒级的调控，哪怕一个小差错都有可能让实验泡汤。

经过三年多的反复摸索和数据积累，科研团队终于搞懂了在太空微重力环境下怎么制作铌合金。

经过把太空实验的数据拿去调试地面生产线，咱们成功做出了第一批符合工业标准的高强度铌合金材料。

这批材料不仅解决了高温氧化的烦恼——经过后来的表面涂层处理，耐高温能达到2100摄氏度，更是在韧性和强度上有了大进步，完全能满足航空发动机叶片的严格要求。

中国空间站的独特优势给这次突破提供了重要支持。虽然天宫空间站的体量比国际空间站小，但它的科研设备更讲究实用和专业，装了不少国际顶尖的设备，比如材料科学实验柜，能支持空间材料科学、微重力基础物理等多个领域的研究工作。

空间站具备航天员在轨操作和货物上下行运输的完整能力，能够实现实验方案的快速调整和样品的及时回收，这一优势是无人实验平台无法比拟的。

到现在为止，科研团队在空间站上做了上百次实验，涉及6种合金材料，积累了不少宝贵的数据，为新材料的研发打下了好基础。

涡扇15的翻身仗。

在太空里制成的铌合金材料，第一步就拿来用在涡扇15发动机的核心部件上。借助新型的富勒烯薄膜涂层技术，发动机叶片的性能提升得很明显。

富勒烯薄膜不仅耐高温，还抗磨损和防腐，厚度只有微米那么薄，在叶片表面能形成紧密的保护层，进一步增强了材料的耐高温能力。

这两项技术一结合，涡扇15发动机的指标就比同类的高出不少。高压涡轮导向叶片前的涡流温度已经达到了2100度，而美军的F-22战斗机用的F119发动机的涡流温度只有大约1700度。

温度高了就说明燃料烧得更完全，发动机的动力就更强——涡扇15的最大推力超过18吨，推重比达到10.8，比F119发动机的性能还要强。

铌合金的轻量化特性使发动机整体重量降低约15%，配合富勒烯涂层的抗磨损作用，发动机使用寿命超过2000小时，达到国际先进水平。

涡扇15的性能已经在实际使用中得到了证明。

搭载了这种发动机的改进版歼-20战斗机，在试飞过程中表现出更强的超音速巡航能力和超机动性能，能在不使用加力的情况下长时间保持超音速飞行，大幅度提升了作战半径和空中格斗能力。

这个超牛的进展不光解决了咱中国先进战斗机“心脏”的动力不够问题，还让咱们成了继美国之后，第二个能自己造推重比10级涡扇发动机的国家。

给六代机加点儿料。

太空铌合金技术已经成熟，为咱们中国第六代战斗机的研发打下了好基础。

现在，成飞、沈飞等研究单位在搞第六代战斗机项目，对发动机的要求提高了——不仅要推力大、寿命长，还得具备自适应变循环的能力，能够根据不同飞行状态来调整发动机的工作模式，实现燃油效率和推力之间的动态平衡。

铌合金的特性跟六代机发动机的需求简直太合适了。科研团队在太空铌合金的基础上，继续开发出新型铌钨钽复合合金，把耐高温的极限提高到2300摄氏度，同时还通过添加稀土元素来增强材料的韧性。

跟着正在搞的变循环技术，六代机的发动机推重比有望超过15，最大推力能超过25吨，这样战斗机就能飞到5马赫以上的超高速，哦，还能长时间保持超音速巡航。

除了发动机这块，太空铌合金技术在其他军工和民用领域也有很大的应用潜力。在航天这块，铌合金已经被拿来做火箭发动机喷嘴和航天器的防热部件，增强了航天器的靠谱程度和载重能力。

在核能上，铌合金吸中子的能力低，特别适合用在核反应堆的核心部分。在民航方面，铌合金的部件能让客机的油耗下降，飞得更安全。

中国在太空材料方面的突破，惹得全球航空航天圈都在瞩目。美军的研究机构在报告里说，中国利用空间站搞材料科学研究，开辟了一条新路子，让新型材料的研发更有突破。

而且，他们的铌合金技术已经让中国在航空发动机领域实现了超越。国际航空材料协会的专家说，太空里那种微重力环境下的材料制造技术，可能会引发全球材料行业的大变革，而咱们中国在这方面已经走在前头了。