中国发现超级金属：飞机火箭上天全靠它一克值300元

2017-09-04 14:48:17 作者：本网整理来源：央视财经频道分享至：

长期以来航空发动机一直都是我国航空工业中的一个短板。现在，我国部分军用飞机依然使用国外发动机，而在商业航空领域，C-919大型喷气式客机使用的发动机也产自一家美法合资企业。

为了尽快补足这块短板，国家一直在加大航空发动机的研发力度。国务院印发的《中国制造2025》明确提出要“建立发动机自主发展工业体系”，在十三五期间，我国又启动了航空发动机和燃气轮机重大专项。如今，航空工业持续发力，正不断缩小着与国际一流发动机的差距。

航空发动机每秒散热1700多度，唯有“铼”金属不被熔化

在河北廊坊科技园，一款为无人机和商务机而设计的航空发动机正在进行150小时试车，考核发动机在各种状态下技术性能和可靠性及寿命等综合指标。

中国科学院工程热物理所所长朱俊强：150小时做完了，首飞保证就没问题了，可以到不同高度进行试飞了，这个发动机基本定型。

航空发动机是当今世界上最复杂的、多学科集成的工程机械系统之一，需要在高温、高压、高转速和高载荷的严酷条件下工作，并满足功率大、重量轻、可靠性高、安全性好、寿命长等众多十分苛刻甚至相互矛盾的要求，因此航空发动机被誉为现代工业的“皇冠”。我国虽然已经是国际上为数不多的几个可以独立研制航空发动机的国家之一，但是航空发动机性能不达标，一直都是中国航空业的一块心病。

十三五期间，我国启动了航空发动机和燃气轮机重大专项，航空工业持续发力，不断缩小与国际一流发动机生产企业的差距。

中国科学院工程热物理所轻型动力实验室实任徐纲：这一款涡扇发动机它的耗油率，它的寿命，这些指标都达到了国际先进水平，国内也是个空白，所有的零件都是自主设计，然后自主生产，尤其是像里面的高温的单晶涡轮叶片，实际上就是可以说发动机里面，加工的难点中的难点。

单晶叶片处于航空发动机中温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位，是航空产品第一关键零件，它的铸造工艺直接决定了航空发动机的性能。

在这台1000公斤推力的发动机中心，核心部件就是眼前这60片单晶叶片。发动机将空气进行压缩之后压入燃烧室，在有限的空间内和燃料发生剧烈燃烧，产生猛烈的燃气喷射流，推动这些叶片高速旋转，让看似单薄的零件迸发出惊人的动力，每一片叶片输出的马力都相当于一台2.0排量的SUV汽车。

朱俊强：我们一千公斤级的发动机，它的高压转速都在三万多转接近四万转，大概的切向速度就是每秒种450米左右，温度大概是1720多度。

为了防止熔化，工程技术人员把每一片叶片都制作成空心，中间还设计了一个精密而复杂的冷却系统。冷却系统带走的热量，可以在1/20秒、甚至更短的时间内烧开一壶水。但是在1700度的高温之下，普通金属还是不够耐热。生产单晶叶片，离不开一种珍贵的稀有金属-铼。

在成都航宇超合金技术有限公司，我们见到了单晶叶片生产中最为关键的金属——铼。这是人类发现最晚的天然元素，因为发现者是德国化学家，因此以莱茵河的名称命名为铼。它在地壳中的含量比所有的稀土元素都小，比钻石更难以获取。根据美国地质调查局的报告，全球探明的铼储量仅为2500吨左右，铼的价格跟白金的价格相仿，一克大概需要两三百块钱。

能够提纯铼金属的，是成都航宇超合金技术有限公司的母公司，这是一家上市的矿业公司。2010年，这家公司在其下属的陕西省洛南县黄龙铺钼矿区矿山中斟探到铼，储量达到176吨，约占全球储量的7%，仅次于智利、美国、俄罗斯和哈萨克斯坦。近年来，随着航空工业的发展，铼消费量的年均增长率为3%，虽然价格不菲，却一直处于供不应求的状态。

为了找到获得更多的铼金属，成都航宇超合金技术有限公司通过与湖南有色研究院的合作，用一年多的时间攻克了技术难题，实现了铼的提纯。但是坐拥这样的稀缺资源，张政和股东们却发现这种稀有金属在国内却几乎没有销路。

无奈之下，他们把眼光转向国际市场，希望用资源换技术的模式，寻求与国外这类合金制造企业的合作。

成都航宇超合金技术有限公司董事长张政：每一家都希望跟我们签长协价，我们只要生产出来他们就要，但是因为这项技术，所有掌握这个单晶技术的国家的企业，都受制于美国的一个法律，是不得参与技术合作的。

美国是最大的铼金属消费国，控制着全球销售市场，一直处于垄断地位。由于铼可以广泛应用于喷气式发动机和火箭发动机，全球约80%的铼用于生产航空发动机，其在军事战略上有重要意义。为了维持在航空工业的优势地位，美国和其它一些西方国家常年针对中国进行材料和技术封锁。英国的航空发动机巨头罗尔斯罗伊斯虽然在中国投资建厂，但是对中国员工层层设防，既便当时已经在公司工作了七年的宋阳，也从来没有机会接触其核心技术。

成都航宇超合金技术有限公司副总经理宋阳：它有一些区域是限制中国人进入的，他们不希望这样的一些技术机密，被中国所了解和掌握。我相信这不光是对于我个人，对于很多在外企航空企业工作的中国人，可能都会经历这样的一个比较尴尬的一个时刻。

越是封锁，就越说明航空发动机的战略重要性，就越需要突破。当宋阳在上海立下这一志愿的时候，远在千里之外的西安，矿业公司董事长张政也拍板做了一个重要的决定：自己生产用于航空发动机的单晶涡轮叶片。

成都航宇超合金技术有限公司董事长张政：自己想办法去解决这个技术，因为我不想只作为一个元素的供应商，而且这样稀有的一个元素，我们把它供应给海外的这些企业，而对中国毫无帮助。

民营企业进军中国航空业单晶叶片国内首次量产

一家民营企业，决定要进入航空工业这样一个资金密集型、人才密集型的行业，这个行业投资大，周期长，回报慢，而他们打算生产的单晶涡轮叶片又是目前航空发动机所有零件中制造工序最多、周期最长、合格率最低、国外封锁和垄断最为严重的零件。面对严峻的现实，要实现单晶涡轮叶片的量产，从人才到技术再到设备，他们怎么才能突破这重重难关呢？

成都航宇超合金技术有限公司董事长张政：必须先把人才的团队建成，才能去把整个生产工艺设计出来，根据生产工艺才能在全世界选设备，这种人才都是全球顶级的人才，我们国家的人才计划库里头，一定有他们的相应的信息，我们是到那儿求援去了。

不出张政所料，在政府帮助下，他很快物色到了几位国外合适的顶级专家，他们先后就职于几大著名的航空发动机公司，有多年年航空发动机零部件研发、制造、安装测试、维修、质量控制的相关经验。求贤若渴的张政很快向他们抛出了橄榄枝，但最初却遭到了婉拒。张政明白，一家民营企业很难对他们产生巨大的吸引力，何况还要远赴异国，一切都还要从零开始。

正当张政为专家团队而奔走的时候，2012年7月，国务院印发《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》，将航空装备产业列为高端装备制造产业中的第一个项目，明确提出要突破航空发动机核心关键技术，加快推进航空发动机产业化。国家层面的大力倡导无疑为张政的说服工作增加了最有份量的砝码。也就从这一年起，张政的公司通过国家海外高层次人才引进计划，也就是“千人计划”，先后成功地引进了2位海外顶尖专家，同时又通过“四川省千人计划”、“成都人才计划”，搭建起自己的专业团队。根据各级政府相关政策，这些引进人才不光能够享受最高达到每人100万的政策补助，还在出入境及居留、配偶安置、子女入学、医疗保险、激励表彰等方面享受相关特殊待遇。

宋阳就是由成都人才计划引进的团队骨干之一。政府的人才政策和公司的发展前景让他毫不犹豫地选择了从外企辞职，加盟正在兴建的成都航宇公司，圆自己的国产航空发动机之梦。

有了团队，也有了士气，2013年底，在成都市双流郊区这片原本荒芜的土地上，开始生长出中国国产发动机单晶叶片的希望。为了能够早日投产，厂房建设和设备购置同步进行。

成都航宇超合金技术有限公司副总经理宋阳：单晶炉是单晶浇铸工艺中最重要的一个设备，单晶炉是我们整个厂房开始筹建的第一天，就开始寻找合适的供应商和技术方案。

他们最开始在欧洲找到一家业内颇有名气的单晶炉供应商，但是对方却表示只能提供标准化的设备，拒绝按中国客户的参数要求进行定制。虽然团队多次沟通，但是都无功而返。几经辗转，他们又找到英国一家单晶炉的供应商，那那供应商只是想多卖一套设备，并没有想到中国能自己生产单晶叶片。

随着谈判的深入，成都航宇拿出他们的订制化方案，这家专业的单晶炉制造商不由得对这位行业新入者另眼相看。

成都航宇超合金技术有限公司副总经理宋阳：他们认为跟西方的先进的航空企业提出的方案是一致的，所以在后边他们打消了这样的一个疑虑，相信成都航宇是一个有技术能力，能够攻克单晶叶片这样的一个厂商。

这家供应商并没有看走眼，2015年7月22日，成都航宇第一批产品出炉，合格率一鸣惊人。

2016年，国际权威第三方检测机构出具的检测报告表明，成都航宇超合金技术有限公司送检的单晶叶片在高温拉伸性能、高温持久性能等方面的测试结果均符合欧美标准。成都航宇也成为国内首家单晶叶片成品率达到量产水准的企业。

宋阳：中国这么多年的经验，凡是国外对中国进行封锁的，靠我们自己的自力更生艰苦奋斗，我们都能够在这个领域取得突破。

单晶叶片投产的时间不过短短一年，一些生产细节还在不断改进。每一片不合格的叶片都是一份保贵的样本，能为工艺细节的改进提供有价值的参考。根据电子显微镜分析的结果，宋阳打算在重新生产这批叶片时，更换浇铸环节所使用的坩埚。

工艺改进后，再通过层层工序，制造出一批这样的单晶叶片需要一个半月的时间。因为航空工业的特殊性，比生产周期更为漫长的，则是打开市场所需要的时间。

实际上，就在航宇生产出第一炉单晶页片的2015年，《中共中央国务院关于深化体制机制改革加快实施创新驱动发展战略的若干意见》出台，成都航宇这个航空工业的新来者，在带着自己的创新成果走向市场的过程中，得到了政府的有力支持。

2017年2月，成都获批成为“中国制造2025”试点示范城市。做为国家确定的民用航空高技术产业基地和重要歼击机研发制造基地，成都正在致力于打造较为完整的产业体系。成都航宇也持续得到各级政府的项目资金，从2015年以来已经到位的资金就接近4000万元。其中包括国家、省、市、区千人计划及配套资金946万元，四川省战略性新兴产业及高端成长型产业专项资金项目2040万元，四川省省级军民结合产业发展专项资金600万元。而且对于这样投资大周期长的高科技产业，政府的支持正在由以前的一步到位转变为根据项目需要持续投入。

四川省成都市经济和信息化委员会军民融合推进处处长宾格：我们也希望能够通过一些基础领域原创领域的一些东西，形成今后我们制造业的真正核心能力，我们知道这个过程比较长也比较难，所以我们是做好了思想准备的。

半小时观察：企业发力政府助力王者才能归“铼”

科技部的数据显示，2015年全社会研发支出当中，企业占比高达77%。到了2016年，这个占比超过了78%。企业是社会组织中最具创造力的经济细胞，更是科技创新的主体。加快实施创新驱动发展战略，就是要使市场在资源配置中起决定性作用，最大限度地激发企业的创新活力，同时政府要发挥适当的政策引导作用，鼓励切切实实的创新活动，把创新成果变成实实在在的生产力。

延伸阅读

中国发现超级金属“铼” 还有哪些稀有金属？又有什么用处？

航空发动机是当今世界上最复杂的、多学科集成的工程机械系统之一，核心部件就是单晶叶片。看似单薄的零件迸发出惊人的动力，每一片叶片输出的马力都相当于一台2.0排量的SUV汽车。生产单晶叶片，离不开一种珍贵的稀有金属-铼。

无奈之下，他们把眼光转向国际市场，希望用资源换技术的模式，寻求与国外这类合金制造企业的合作。

铼能够用于生产航空发动机核心部件，那么其他稀有金属呢？

稀有元素是自然界中储量、分布稀少（一般地壳丰度为100ppm以下）且人类应用较少的元素总称。常用的稀有金属有锂、钛、镭等。

稀有金属主要用于制造特种钢、超硬质合金和耐高温合金，在电气工业、化学工业、陶瓷工业、原子能工业及火箭技术等方面。

稀有金属的名称具有一定的相对性，随着人们对稀有金属的广泛研究，新产源及新提炼方法的发现以及它们应用范围的扩大，稀有金属和其它金属的界限将逐渐消失，如有的稀有金属在地壳中的含量比铜、汞、镉等金属还要多。

有的稀有金属在物理－化学性质上近似而不容易分离成单一金属。过去制取和使用得很少，因此得名为稀有金属。19世纪即有稀有元素（rareelements）一词，20世纪20年代在此基础上定名为稀有金属。稀有金属开发较晚，所以有时还称为新金属（newmetals）。第二次世界大战以来，由于新技术的发展，需求量的增大，稀有金属研究和应用迅速发展，冶金新工艺不断出现，这些金属的生产量也逐渐增多。稀有金属已经不稀。稀有金属所包括的金属也在变化，如钛在现代技术中应用日益广泛，产量增多，所以有时也被列入轻金属。

报道称，电脑、充电电池、混合动力车、GPS系统、iPad、游戏设备，日常生活中使用的每项技术几乎都涉及这些稀有金属元素中的至少一种

稀有金属根据各种元素的物理和化学性质，赋存状态，生产工艺以及其他一些特征，一般从技术上分为以下五类：

稀有轻金属

包括锂Li、铷Rb、铯Cs、铍Be。比重较小，化学活性强。

稀有难熔金属

包括钛、锆、铪、钒、铌、钽、钼、钨。熔点较高，与碳、氮、硅、硼等生成的化合物熔点也较高。

稀有分散金属

简称稀散金属，包括镓、铟、铊、锗、铼以及硒、碲。大部分赋存于其他元素的矿物中。

稀有稀土金属

简称稀土金属，包括钪、钇及镧系元素。它们的化学性质非常相似，在矿物中相互伴生。

稀有放射性金属

包括天然存在的钫、镭、钋和锕系金属中的锕、钍、镤、铀，以及人工制造的锝、钷、锕系其他元素和104至107号元素。

上述分类不是十分严格的。有些稀有金属既可以列入这一类，又可列入另一类。例如铼可列入稀散金属也可列入稀有难熔金属。

铼的性质及化合物

铼的性质

物理性质

铼为银白色金属或灰到黑色粉末；熔点3186℃，沸点5596℃，密度为20.53g/cm?。金属铼非常硬，耐磨，耐腐蚀。

化学性质

铼的电子构型为[Xe]4f145d56s2，氧化态有0、-1、+1、+2、+3、+4、+5、+6、+7，主要氧化态为+3、+4、+5、+7。铼的化学活泼性取决于他的聚集态，粉末状金属铼活泼。铼不溶于盐酸，溶于硝酸，生成高铼酸：3Re+7HNO3→3HReO4+7NO+2H2O。它也溶于含氨的过氧化氢溶液中，生成高铼酸铵：2Re+2NH3+4H2O2→2NH4ReO4+3H2

铼化合物

铼氧化物

七氧化二铼（Re2O7）：黄色固体，具有挥发性，最常见的氧化铼。溶于水，形成高铼酸HReO4。

二氧化铼（ReO2）：深褐色固体物质。单斜晶结构。密度11.4～11.6g/cm?。沸点1363℃。但700℃开始分解，生成金属铼和七氧化铼。具有吸气性能，挥发性比较差，在空气中与碱共熔可形成高铼酸盐。稍溶于水，不溶于稀酸，可溶于浓的卤族酸中。易与硝酸、过氧化氢等作用生成铼酸。制取方法在300℃下用氢还原铼酸酐，或400℃在惰性介质中（氩、氮）中使铼酸铵分解。为氢还原制取金属铼原料和有机化合物合成催化剂。

三氧化铼（ReO3）：红色，不溶于水。

三氧化二铼（Re2O3）

氧化二铼（Re2O）

五氧化二铼（Re2O5）

其他铼化合物

铼与硫蒸气在高温下化合生成二硫化铼。

铼与硼的化合物二硼化铼（ReB2），硬度极高，与碳化钨、碳化硅、二硼化钛和二硼化锆相近。

四氯化铼晶体结构铼与卤素中的氟、氯和溴反应生成卤化物，如四氟化铼 ReF4、五氟化铼ReF5、六氟化铼ReF6、七氟化铼ReF7、五氯化铼ReCl5、六氯化铼ReCl6、三氯化铼ReCl3等。铼的卤化物和卤氧化物均易水解。ReCl3是三聚红色固体，为共价化合物，在溶液中是非电解质。四价铼能形成多种配位化合物。

铼还能形成羰基化合物Re（CO）5和高铼酸盐M3ReO5（M为一价金属），锰和锝都没有类似的盐生成。

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