我国在太空实现新材料突破！原料却成难题，储量仅1%需求全球第一

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每天从我们头顶飞过的天宫空间站，随着一项实验的成功，这一刻它的作用被凸显出来了。

这项实验配合地面的科研团队，成功改进了一款合金材料的研制技术。未来，航空航天、导弹卫星、核反应堆等领域关键材料应用，都会随着这项技术的革新而被彻底改变。

这种合金材料究竟是什么？改进后的关键技术又是什么？该领域的发展具体又是怎样的情况呢？

咱们先来看看天宫空间站的实验是什么吧。

看似平平无奇的实验

港媒报道，过去近40个月的时间里，我国的航天员一直在空间站内，进行一项看起来毫不起眼的实验。

整个实验过程显得很“无聊”，就是用激光照射一些悬浮着的合金颗粒。等到高温冷却之后，航天员再把整个过程中的细微变化记录下来。

实验所需的样本包括设备，在整个过程中还被更换过三次。所有的实验参数，都被发回了地面的另一个研究团队。

科研人员利用实验参数，制造出了符合工业应用的铌合金。需要注意的是，这里的制造并非指首次制造，而是指在制造工艺上，科研人员利用实验的数据，成功革新了技术。

铌合金材料，广泛应用于航空航天设备的关键部件的制造上。也就是说，天宫空间站的很多部件，也有这种材料。

这一次革新的技术，提高了铌硅晶体的生产速度。之前的制造工艺，存在着慢和产品合格率低的缺陷。

铌硅晶体的生产，需要在1600℃的高温下，经过100小时才能完成，速度很慢，生产出来的样本一旦接触到室温环境还非常脆弱。

科研人员经过技术革新后，采取了一种全新的冷却方法，这使铌硅晶体的生产速度可以达到每秒9厘米。

此外，还在其中添加了少量的铪，使其在室温环境下的强度提高了3倍多。这样制造出来的铌合金，满足了工业应用的需求。

可以说在这一刻，空间站的作用很直观的凸显了出来。利用真空的环境，很多在地球上不能进行的实验和研究，在太空或许都能取得突破。

制造工艺上取得了新进展，那么铌合金在工业领域的应用情况又是怎样的呢？

铌，合金材料领域的“贵族”

工业领域，能够制造合金的材料和金属很多，但是铌的存在，相较于其他金属，它的身份更像是“贵族”。

为什么这样形容？就是因为在具体的应用上，它可以做到其他稀有金属达不到的特性。

铌的特点是低密度和高熔点，同时还具有可塑性强和抗腐蚀的特征。自然界中，铌通常和钽是共生的，就是说两种元素不会独立存在。

共生形成铌钽矿床，主要有碳酸岩型、碱性岩型、稀有金属花岗岩型、伟晶岩型4种类型。其中，世界上所需要的铌，主要是从碳酸岩型铌矿床中开采的。

从铌的特点来看，火箭、导弹、航空航天设备等领域，一些关键且复杂的部件，铌是主要的原材料。

比如说，火箭上大量形状复杂的零部件，如果用可塑性低的金属材料制作，很多复杂的形状根本就完不成。即使勉强能完成，零部件整体的结构也会受影响。

单凭这一点，铌的作用就无可替代。自从人类展开太空探索以来，铌始终是重要的材料之一。

美苏两种不同的类型

美国和苏联对铌合金的研究较早，这是由于两国最早在核领域和航空航天领域进行研究，这些领域用到的关键材料，通常都要具备耐高温的特性。

铌合金可以轻松承受600℃到1600℃的高温，这是之前在研究上能够达到的耐高温程度。

就研究方向上来看，美国和苏联在当时运用了不同的技术。美国应用最多的是C-103铌合金，主要用在火箭助推器的顶部、涡轮加力机装置的风门片、高温阀门。

当年的阿波罗11号飞船登月舱，下降发动机的关键部件用的就是这一类型的合金材料。

苏联方面，铌合金在技术上则是自成体系，在火箭发动机的关键部件上运用较多。以当时的技术，苏联的材料可耐1200℃到1650℃的高温，短时间内可以达到2000℃。

美国的材料，可耐1200℃到1400℃的高温。总体上来看，两国所运用的技术和工艺以及表现出来的特性都是比较相近的。

到了上世纪90年代，太空探索活动进一步加强，无论是火箭的发动机还是超高音速飞机领域，对合成材料的耐高温又有了更高的要求。

于是，围绕铌合金的研究，又开启了全新的阶段。与此同时，我国在该领域的研究则是博采众长。

不管是美国的技术还是苏联的工艺，我国在研究的时候都运用了他们各自先进的部分。

在这一基础上，我国此前研究了至少6款铌合金结构材料，主要应用在航天发动机等领域。运用最多的合金材料，是C-103和Nb521两种类型。

那么，铌合金的主要类型还有哪些？不同的类型又应用在什么设备上呢？

铌合金类型的划分，主要是根据强度等级和功能特性来划分的，而且主要分为六大类。

铌合金的几种类型

第1种是高强度、低塑性的铌合金。这一类主要应用于燃气涡轮叶片，在工作时候的温度可达1300℃到1600℃，短时间内的工作温度更高。

第2种是中等强度、中等塑性的铌合金。这一类主要应用在工业领域的各种零部件，比如螺栓和螺母等构件，工作时候的温度在1150℃到1250℃之间。

第3种是低强度、高塑性的铌合金。这一类主要应用在卫星、航天飞机、导弹等发动机的推力室身部延伸段等部件。此外，发电设备的涡轮泵等部件，也会用到这一材料。

除了上述3种类型之外，还有高强度抗氧化类型，塑性抗氧化类型，抗蚀类型。从总体上来看，不同的类型对应不同的应用场景。

既然铌合金这么重要，那么铌在自然界中的储量又怎么样呢？

巴西储量最多

从整体来看，全世界的铌钽矿产，主要分布在南美洲、北美洲以及亚洲。最新的数据显示，目前铌储量最大的两个国家是巴西和加拿大。

全世界的总储量超过了1700万吨，其中巴西一国的储量就达到了1600万吨，占比接近90%。加拿大的储量没有巴西丰富，不过在世界上排名第二。

此外，美国、中国、澳大利亚、俄罗斯、肯尼亚、尼日利亚等国家也有少量的分布，但是整体规模无法和巴西的规模相比。比如我国的储量，占比不到1%，但需求量却是世界第一。

巴西和加拿大的储量大，每年的开采量也大。2023年，两国的预估产量为8.3万吨，这一规模占全世界总产量的98%。

在进口方面，我国在2015年到2019年期间，铌的进口规模较大，而且大部分都用于钢铁生产。

近两年来，我国每年的进口保持在3.3万吨左右，而且进口来源单一，主要是从巴西进口。

因为铌的特殊性，近年来很多国家都把铌列入了战略性关键金属清单。我国探明的铌矿床规模不小，但是具有工业价值的资源只有少量分布。

而且相比国外的资源，我国铌矿的品位较低，共生矿物复杂，这意味着在选冶的时候难度较高。

所以在这种局面下，我国的研究人员在铌硅合金领域取得新的技术突破，这对于未来的大规模应用，是具有很大优势的。

结语

除了提高研发和冶炼水平外，下一步围绕铌的发展应用，还应该采取其他更加积极的措施。

毕竟在整体水平上，我国的储量较低，未来应该加大勘测的力度，这样才能够保证需求。

在进口方面，应该进一步扩大海外市场，保证供应链的整体稳定。有一种观点就认为，我国企业应该积极走出去，参与到巴西和加拿大的铌矿产业中。

因为矿产资源的供应，不仅仅要看储量的多少，还要看整体的供应链控制在谁的手里。如果我们能打造自己的供应体系，即使从海外进口，需求也能得到很好的保证。

最后从技术的角度看，最新的研究还没有实现大规模的生产，我国在技术上掌握了优势，那么在未来航空航天以及其他高端领域的应用，就能处在主导者的地位。

所以在整体上，储量方面的不足，就应该从技术和产业链的角度去弥补。采取多管齐下的模式，在未来的应用上就不会受制于人。