中國關鍵發動機材料研製獲國家一等獎，獎金或僅20萬

圖：大涵道比發動機原理動畫

圖：軍用發動機開啟加力燃燒室動畫

2016年度，中國北航徐惠彬/宮聲凱團隊研製的鈰酸鑭(LC)陶瓷熱障塗層（1300℃級別）獲得了國家技術發明一等獎。目前已經廣泛應用在我國發動機產品中，據報道佔國內95%以上產量葉片均採用了該技術。根據我國官方報道的評價，該技術使「中國已經趕上了國際最先進的步伐。 」

現代航空噴氣發動機的主要原理，是風扇和壓氣機高速旋轉，吸入大量空氣並將其高度壓縮送進燃燒室；然後與噴出的燃油混合進行劇烈的燃燒，並生產出大量的高溫高速燃氣向後方噴射，為飛機提供前進的動力。

圖：從上到下分別是渦輪噴氣發動機、小涵道比渦扇發動機（戰鬥機就用的這類）、大涵道比渦扇發動機的簡單結構示意圖。為了簡單直觀起見，圖中發動機省去了加力燃燒室等結構。

而為了有效的驅動風扇和壓氣機旋轉，發動機又必須在燃燒室里，設置由高溫燃氣直接推動的渦輪葉片，通過發動機軸系驅動風扇和壓氣機。這樣一來，燃燒室、渦輪葉片、渦輪盤等部件，就要長期和高溫燃氣直接接觸。由於在非常高的溫度下工作，因此它們也被稱為發動機的熱端部件。

這些部件能夠承受越高的溫度，那麼發動機燃燒室內的燃燒就可以進行的越是猛烈和持久；發動機也越是能做出更高的推力，更長久的壽命。為了做到這一點，這些熱端部件至少需要三個方面性能出色——能耐受更高溫度的部件基體材料，合理高效的冷卻設計，高耐熱、低導熱的隔熱塗層材料。

圖：現代噴氣發動機渦輪葉片

在基體材料上，以現代航空發動機渦輪葉片為例，它的合金成分一直是以鎳為主的高溫合金。由於工藝方法的不同，它又可以分為鍛造合金、鑄造合金、以至於現在流行的定向凝固合金（典型如AL-31F）、單晶合金（比如太行等）。目前最先進的渦輪葉片都採用單晶葉片——整個葉片都是一個晶粒。但是只靠鎳基材料本身硬抗，能力也是有限的。比如要求150MPa下1000小時不斷裂，則單晶葉片做的再好也非常難以明顯超過1100度左右的水平。

圖：空氣首先在內部和葉片進行熱交換降溫

圖：空氣隨後從葉片上的孔洞中噴射出來，在葉片表面形成空氣膜。這些孔洞由激光打出。

圖：使用水流測試氣流孔是否加工正常

為了跳出單純材料本身熔點帶來的溫度限制，在上世紀60年代，英國羅·羅公司又開發了冷卻葉片——它將渦輪葉片做成空心的，將冷空氣從葉片中間通過去，主動降低葉片的溫度。現在的新型冷卻設計，已經能夠在葉片表層形成一層溫度較低的氣膜，能夠降低300度以上的溫度。

圖：長期使用以後損壞的渦輪葉片，表面塗層大面積剝落

而第三個抵抗溫度的方法，就是在渦輪葉片的鎳基合金本體外面，添加一層能夠耐受極高溫度、但是導熱能力又特別差的塗層，這樣可以有效增加本體的耐受溫度和工作壽命。這種塗層同樣可以用於其它的熱端部件上——比如燃燒室、火焰筒、尾噴管等。目前的先進發動機渦輪葉片，能在渦輪前溫度1700-2000攝氏度度下工作的，都是三種措施一起發揮作用才能做到，缺了哪一個都不行。

圖：太行發動機上現在也採用了這一成果

圖：科技部通知

目前還不清楚2016年國家科學技術獎的具體獎金額度，在科技部官網上只能找到2005年的相關通知；該通知中規定，特等獎的獎金是100萬/項，一等獎是20萬/項。如果目前仍然沿用該規定的數額的話，那麼這一項發動機重大技術突破，應該就是總獎金20萬，由北航的研究團隊共同分享。