涡扇15关键材料铼被美国垄断 中国全部储量加起来还不到240吨

在国内与欧美的发动机研制差距中，材料问题带来的困扰程度，仅次于设计和工艺技术水平的落后。这其中除了材料本身的研究积累差异以外，一些极为稀少、但又能带来至关重要的元素资源本身在各国分布不均，也是非常关键的因素。

而最典型的例子，就是铼。针对铼，可以提出三个问题：首先，铼是种什么样的玩意，为何对发动机如此重要？其次，这东西稀少到什么程度？最后，中国因为铼而在发动机材料上吃过什么亏？

图：纯铼金属样品

第一个问题。铼是钨的邻近元素，熔点达到3180摄氏度，是仅次于钨（3308摄氏度）的第二难熔金属。而除了难熔以外，铼还同时具备多种优异、乃至于在其他金属材料上往往自相矛盾、无法同时存在的性能。

比如铼的强度非常高而又塑形很好——既结实又难以开裂；即便是高温、急速冷却和猛烈加热并带有强烈机械冲击和振动的条件下，它也具备极佳的长时间工作抵御变形和开裂能力。当然铼性能也存在弱点，极易被氧化——因此也不耐硝酸等氧化性酸，氧化以后就发脆，抵抗硫酸盐酸的能力倒是非常好。

图：现在先进发动机在高温区域工作的叶片，对于铼极度依赖

这些性质，使得发动机在性能越来越好、部件工作条件越来越残酷（温度、压力、冲击等因素）的同时，燃气涡轮材料的研发，越来越倚重与铼元素等关键成分。现在铼的用途中，除了20%用作化工生产的催化剂，剩下80%几乎全部用在航空航天的超耐热合金里。

现阶段航空发动机的镍基单晶材料叶片中的先进产品，普遍含有3-7%以上的铼；每一次新的单晶涡轮叶片高温指标和寿命性能大幅度提升，背后都离不开铼的含量提升——包括这些年美国和日本交替刷新的那些世界纪录。

图：红圈中就是俄罗斯声称发现纯铼矿的地方

第二个问题。铼元素不仅在地壳中含量非常少，而且最要命的是这东西极其分散。俄罗斯近两年宣布，在俄日争议岛屿（伊图鲁普岛/择捉岛）上发现世界首个纯铼矿；但此前全世界都从未发现过以铼为主的矿物，现有的理论也不支持这样的矿物存在，具体是真是假还未可知。

除了俄罗斯这一目前还无法证实的消息以外；现有的铼主要是以极低的含量伴生在斑岩铜钼矿床的辉钼矿中，开采成本极高。根据美国地质调查局的估算，全球铼储量，已探明的只有2500吨，总资源量在7300-10300吨之间，全球年产量吨25-30吨。而根据昆明贵金属研究所在2013年发表的论文《铼的回收技术研究进展》，我国目前铼的保有储量仅有237吨。

图：美国铼金属缺口增大的过程，和F119（F22用）、GE90（波音777等客机用）等先进发动机产能攀升有着直接关系

第三个问题。铼矿主要分布在美洲和欧洲，开采和销售又绝大部分被美国所控制。但即便如此，根据美国矿产局的统计，美国的铼金属短缺一直在越来越严重；2002年缺口就达到30%，2003-2005年间，美国铼金属的年缺口从20吨增加到35吨。这个时间段，恰好是美国进入21世纪后的新一代高性能发动机，开始大批量交付军事、民用航空的历史进程，两者的高度同步根本不是巧合。

而中国在高温合金的发展上，虽然成分设计紧跟国外的发展步伐，已经发展到第四代单晶；但是由于铼资源严重短缺，实际批量生产产品受到的限制比美国远远大得多得多。太行、涡扇20、涡扇15等发动机性能和寿命，无不受限于这个问题。