渦扇15關鍵材料被美國壟斷，中國儲量不到240噸

在國內與歐美的發動機研製差距中，材料問題帶來的困擾程度，僅次於設計和工藝技術水平的落後。這其中除了材料本身的研究積累差異以外，一些極為稀少、但又能帶來至關重要的元素資源本身在各國分布不均，也是非常關鍵的因素。

而最典型的例子，就是錸。針對錸，可以提出三個問題：首先，錸是種什麼樣的玩意，為何對發動機如此重要？其次，這東西稀少到什麼程度？最後，中國因為錸而在發動機材料上吃過什麼虧？

圖：純錸金屬樣品

第一個問題。錸是鎢的鄰近元素，熔點達到3180攝氏度，是僅次於鎢（3308攝氏度）的第二難熔金屬。而除了難熔以外，錸還同時具備多種優異、乃至於在其他金屬材料上往往自相矛盾、無法同時存在的性能。

比如錸的強度非常高而又塑形很好——既結實又難以開裂；即便是高溫、急速冷卻和猛烈加熱並帶有強烈機械衝擊和振動的條件下，它也具備極佳的長時間工作抵禦變形和開裂能力。當然錸性能也存在弱點，極易被氧化——因此也不耐硝酸等氧化性酸，氧化以後就發脆，抵抗硫酸鹽酸的能力倒是非常好。

圖：現在先進發動機在高溫區域工作的葉片，對於錸極度依賴

這些性質，使得發動機在性能越來越好、部件工作條件越來越殘酷（溫度、壓力、衝擊等因素）的同時，燃氣渦輪材料的研發，越來越倚重與錸元素等關鍵成分。現在錸的用途中，除了20%用作化工生產的催化劑，剩下80%幾乎全部用在航空航天的超耐熱合金里。

現階段航空發動機的鎳基單晶材料葉片中的先進產品，普遍含有3-7%以上的錸；每一次新的單晶渦輪葉片高溫指標和壽命性能大幅度提升，背後都離不開錸的含量提升——包括這些年美國和日本交替刷新的那些世界紀錄。

圖：紅圈中就是俄羅斯聲稱發現純錸礦的地方

第二個問題。錸元素不僅在地殼中含量非常少，而且最要命的是這東西極其分散。俄羅斯近兩年宣布，在俄日爭議島嶼（伊圖魯普島/擇捉島）上發現世界首個純錸礦；但此前全世界都從未發現過以錸為主的礦物，現有的理論也不支持這樣的礦物存在，具體是真是假還未可知。

除了俄羅斯這一目前還無法證實的消息以外；現有的錸主要是以極低的含量伴生在斑岩銅鉬礦床的輝鉬礦中，開採成本極高。根據美國地質調查局的估算，全球錸儲量，已探明的只有2500噸，總資源量在7300-10300噸之間，全球年產量噸25-30噸。而根據昆明貴金屬研究所在2013年發表的論文《錸的回收技術研究進展》，我國目前錸的保有儲量僅有237噸。

圖：美國錸金屬缺口增大的過程，和F119（F22用）、GE90（波音777等客機用）等先進發動機產能攀升有著直接關係

第三個問題。錸礦主要分布在美洲和歐洲，開採和銷售又絕大部分被美國所控制。但即便如此，根據美國礦產局的統計，美國的錸金屬短缺一直在越來越嚴重；2002年缺口就達到30%，2003-2005年間，美國錸金屬的年缺口從20噸增加到35噸。這個時間段，恰好是美國進入21世紀後的新一代高性能發動機，開始大批量交付軍事、民用航空的歷史進程，兩者的高度同步根本不是巧合。

而中國在高溫合金的發展上，雖然成分設計緊跟國外的發展步伐，已經發展到第四代單晶；但是由於錸資源嚴重短缺，實際批量生產產品受到的限制比美國遠遠大得多得多。太行、渦扇20、渦扇15等發動機性能和壽命，無不受限於這個問題。

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