1978年，美国专家断言我们的航空工业落后25年。
40年后，他们凭借一种名为“铼”的稀有金属，彻底锁死了航空发动机的天花板，全世界都以为竞赛已经结束。
他们算对了一切，唯独算错了一点：那把开启未来的钥匙，并不在他们垄断的矿山里，而在一百多年前被大英博物馆当作废石扔掉的角落。
01
1801年，伦敦。
大英博物馆的地下储藏室里，尘封着无数从世界各地掠夺而来的奇珍异宝。
管理员正按照帝国科学院的指示，清理一批“毫无价值”的矿石样本，为新运来的埃及石雕腾出空间。
其中一块来自北美康涅狄格州的黑色矿石，被随意地丢在角落，它看起来平平无奇，和普通的煤矸石没什么两样。
英国化学家查尔斯·哈契特偶然得到了它，在经过一系列繁琐的实验后，他从这块被遗弃的石头中，分离出一种全新的金属元素。
他将其命名为“铌”（Niobium）。
这个新生的金属，展现出了惊人的天赋。
它的熔点高达2468摄-度，沸点更是达到了恐怖的4744摄-度。
它对所有的酸和碱都表现出极度的蔑视，仿佛一位遗世独立的王者。
但它的脾气也和它的能力一样古怪，质地柔软，密度却不小，这让它在当时的工业体系中找不到任何用武之地。
更重要的是，想要驯服它，太难了。
2468摄氏度的熔点，在当时，几乎没有任何熔炉可以长时间稳定地达到这个温度。
于是，这位刚刚被发现的“王者”，与它的兄弟钛、锆、铪、钽、钨、钼、钒、铼、锝等一起，被打入了“难熔金属”的冷宫，在实验室的样品柜里沉睡了百年。
02
时间快进到第二次世界大战。
不列颠空战的呼啸声，让全世界第一次深刻认识到“制空权”三个字的血腥分量。
战斗机的速度和高度，直接决定了飞行员的生死和战场的胜负。
而这一切的核心，都指向了那个跳动在飞机胸膛里的“心脏”——航空发动机。
发动机的性能，尤其是它能承受的最高温度，成为各国科学家竞争的焦点。
温度越高，燃油燃烧越充分，推力就越强劲，飞机的速度和机动性也就越好。
一场围绕着“高温合金”的科技竞赛，在英、德、美、苏之间悄然展开。
科学家们开始像经验丰富的厨师一样，尝试在钢材这个“主菜”里，加入各种“调味品”——也就是其他的金属元素，试图烹饪出更耐高温的“合金大餐”。
从铁基合金，到镍基合金，再到钴基合金，人类在材料学的道路上奋力前行。
到上世纪90年代末，经过半个世纪的努力，发动机涡轮叶片能承受的最高温度，从最初可怜的750℃，一路攀升到了1100℃。
这是一个了不起的成就，但也几乎走到了传统材料学的尽头。
03
就在全球科学家感觉“山穷水尽”之时，美国人另辟蹊径，如同天外飞仙一般，甩出了一张王炸——单晶高温合金技术。
他们通过复杂的工艺，让合金在凝固时，内部所有的金属晶体都朝着同一个方向排列，形成一整块巨大的“单晶体”。
这种结构的合金，消除了晶体之间脆弱的“边界”，使得材料的耐高温性能和强度发生了质的飞跃。
凭借这项技术，美国人硬生生地将涡轮叶片的耐温极限，从1100℃提升到了1400℃左右。
当美国公布这项技术时，整个世界都为之震动。
这不仅是一次技术的突破，更是一次潜力的宣告——传统铁基、镍基、钴基高温合金的潜力，已经被彻底榨干。
所有人都明白，未来的天空，属于那些能够驾驭更高温度的“神级材料”。
全球冶金科学家的目光，不约而同地，再次投向了那个在冷宫里沉睡了近两百年的“难熔金属”家族。
它们，是开启下一个时代的钥匙。
04
一场针对难熔金属的“海选”在美国各大国家实验室里秘密展开。
熔点高达3410℃的“钨”，第一个被寄予厚望。
但很快，科学家们就失望了。
钨，太重，也太脆了。
就像一个四肢发达但头脑简单的壮汉，它空有一身力量，却缺乏韧性。
飞机发动机的叶片，需要在上千度的高温和相当于数千倍自身重力的离心力下，每分钟进行上万次的疯狂旋转。
它不仅要够硬，还要有足够的韧性，在极端环境下不能说断就断。
所以，钨，第一个出局。
接着，美国人将钛、锆、铪、钽、铌、钼、钒、铼、锝等所有候选者，都扔进了熔炉。
他们希望找到一种能够与镍基合金完美融合的“超级味精”。
但结果再次让他们失望。
这些难熔金属的熔点太高了，性格太孤傲了，它们根本不屑于与镍、铁这些“凡夫俗子”融为一体。
绝大多数实验的结果，都是“油水分离”，泾渭分明，无法形成均匀的合金。
然而，经过无数次的失败和尝试，美国科学家终于在一个不起眼的角落里，发现了一丝曙光。
他们发现，在镍基单晶合金中，只需要加入百分之一的“铼”（Rhenium），就能将材料的耐高温能力，从1400℃，奇迹般地提升到1700℃！
这是一个划时代的发现！
05
铼，就像是上帝隐藏在元素周期表里的一个BUG。
它的储量极其稀少，全球已探明的储量加起来，也不过区区2650吨，比黄金和钻石还要珍贵。
它通常不以独立的矿石形态存在，而是以亿万分之一的比例，伴生在钼矿之中，提取难度极大。
在发现“铼”的秘密后，美国人展现出了他们作为全球霸主的老练和狠辣。
他们没有立刻公布这个发现，而是开启了一场席卷全球的“无声的资源战争”。
五角大楼和华尔街紧密配合，利用各种资本手段，在全球范围内疯狂地购买钼矿的开采权，收购拥有先进提炼技术的他国企业。
当一切布局完成，全球超过90%的铼矿资源，已经被牢牢地控制在美国手中之后，他们才不慌不忙地对外宣布了含铼高温合金的重大突破。
那一刻，全世界的航空发动机制造商都为之疯狂。
但当他们反应过来，想要寻找铼资源时，才绝望地发现，所有的牌，都已经被美国人攥在了手里。
美国凭借着对“铼”的绝对垄断，一骑绝尘，将所有竞争对手远远地甩在了身后。
他们的F-22战斗机，凭借着那颗由含铼合金打造的“强大心脏”，肆无忌惮地开启超音速巡航，轻松地将其他国家的战斗机视为玩物。
这，就是技术霸权，更是资源霸权。
06
中国的航空工业，起步晚，底子薄。
当美国人已经在研究1700℃的含铼合金时，我们还在为如何稳定生产1100℃的镍基合金而头疼。
差距，大到让人绝望。
90年代，我们开始疯狂地恶补发动机技术。
进入21世纪，高温合金的研究被列为国家的最高优先级项目。
摆在我们面前的，似乎只有一条路：跟随。
模仿美国的含铼合金技术路线，也许能让我们慢慢地缩小差距。
但是，这条路从一开始，就是一条死路。
首先，跟随战术，意味着你永远比对手慢一拍。
今天你实现了1700℃，明天他可能就突破了1800℃，你永远只能看着他的背影。
其次，也是最致命的，我们没有“铼”。
美国人控制着全球的供应链，他们可以随时抬高价格，或者干脆彻底断供，让我们投入巨资建立的生产线，变成一堆废铁。
把国家空军的未来，寄托在对手的“仁慈”上，这是何等的幼稚和危险？
所以，不管美国人把含铼合金吹得如何天花乱坠，中国科学家从一开始，就做出了一个无比艰难，却又无比正确的决定：放弃“铼”，另辟蹊径！
07
这个决定，在当时承受了巨大的压力和质疑。
但历史，总是在关键时刻，由那些拥有远见卓识的伟人来推动。
1992年，钱学森钱老在给中央的信中写道：「在传统汽车的发动机、变速箱、底盘技术上，西方国家已经积累了上百年，我们想在他们的规则里实现超越，几乎不可能。我们应该跳过汽油和柴油机，直接发展新能源汽车」。
今天，我们用“电机、电池、电控”这套全新的玩法，彻底颠覆了西方汽车工业的技术壁垒，实现了从追赶到引领的“弯道超车”。
在航空发动机上，中国的科学家们，同样选择了这样一条“换道超车”的荆棘之路。
他们没有盯着眼前的1700℃，而是“以终为始”，直接将目光投向了未来。
他们首先构建起一个复杂的三维数学模型，反向推算下一代，也就是第六代战斗机，需要一颗什么样的“心脏”。
模型给出的答案是：推重比需要超过15！
这是一个令人咋舌的数字。
要实现这个目标，意味着发动机高压涡轮前的进气温度，必须达到一个前所未有的高度——2100摄氏度以上！
1700℃的含铼合金，在这个数字面前，也显得黯然失色。
08
2100℃，这不仅仅是一个温度的数字。
它对材料的要求，已经超出了人类已有的认知范畴。
这种未来的超级合金，必须同时满足三大苛刻的指标：
第一，是超高温强度。
它必须像一位意志坚定的战士，即使在2000℃的烈焰炙烤下，依然要保持足够的硬度，不能有丝毫的变软和蠕变。
第二，是优异的室温韧性。
它必须具备良好的可加工性，能够在常温下，被精确地切割、钻孔、打磨，制造成我们需要的复杂形状，比如内部带有中空冷却通道的涡轮叶片。
很多非金属的陶瓷材料，耐高温性能极好，甚至能扛住3000℃。
但它们在常温下，就像玻璃一样脆弱，轻轻一碰就可能碎成渣，根本无法进行机械加工。
第三，是极致的高温抗氧化性。
我们在电视里看打铁，铁匠每锤一下，烧红的铁块表面都会掉下来一层黑色的氧化皮。
这就是金属在高温下与空气中的氧气发生了反应。
发动机的叶片，时时刻刻都在高温高压的燃气中冲刷，如果抗氧化性不好，用不了多久，就会像被腐蚀一样，迅速“消瘦”，最终导致发动机报废。
这三大指标，就像三座无法逾越的大山，横亘在中国科学家的面前。
很显然，沿着美国人的老路，在镍基合金里加“调味品”的思路，是绝对不可能实现这个目标的。
就在所有人都因前路无望而陷入绝望的沉默时，项目总师缓缓站起身，他熄灭了手中的烟，用一种不容置疑的语气，说出了一个足以颠覆整个西方冶金学界的大胆构想。
这个构想的第一步，就是将美国人奉为圭臬的合金配比彻底颠倒，而它的核心，竟然是……
09
美国人的思路，是用镍、铁作为“基材”，把熔点极高的“铼”当作“工业维生素”来使用，提升基材的性能。
但“铼”的含量，始终只有1%左右，这注定了其性能提升的上限。
中国科学家的思路，是反其道而行之。
我们为什么不能直接用那些“难熔金属”作为基材，反而把镍、铁这些当作“添头”，来优化难熔金属的性能呢？
这是一个石破天惊的想法！
这意味着，我们要放弃过去几十年积累的所有高温合金的研究经验，从零开始，开辟一个全新的技术宗门。
基于这个指导方针，中国科学家从“难熔金属”大家族中，初步筛选出了三位候选者：锆（Zr）、钛（Ti），以及那位百年前被大英博物馆遗弃的王者——铌（Nb）。
这三种金属，都有一个共同的优点：重量相对较轻，同时又具备优秀的强度和韧性。
而在三者之中，科学家们最看好的，是铌合金。
因为它拥有一个无与伦比的特性——最高的“比强度”。
比强度，是材料的强度除以其密度。
这个数值越大，说明材料在同等强度下，重量越轻。
对于“斤斤计较”的航空发动机来说，这简直就是最完美的特性。
10
更让中国科学家感到兴奋的是，铌，我们不缺！
全球已探明的铌矿储量，超过1777万吨，而中国的储量就高达约420万吨。
仅内蒙古的白云鄂博矿床，就占据了全国储量的70%以上。
资源集中，储量巨大，完全满足大规模工业化生产的要求。
我们再也不用担心像“铼”一样，被别人卡住脖子，随时可能面临断供的风险。
命运，必须掌握在自己手里。
当然，传统的铌合金早已存在，比如用于制造火箭喷管的铌铪合金，用于超导磁体的铌钛合金等等。
但这些合金中，铌的含量通常不超过0.1%，仅仅是作为一种改善性能的微量元素存在。
而我们现在想要的，是一种以“铌”为绝对主体的，含量可能高达30%甚至50%以上的全新合金，并且，还要实现美国人都梦寐以求的“单晶体”结构。
其难度，可想而知。
这不亚于让人类放弃了耕种千年的小麦，转而去驯化一种全新的、充满野性的主食作物。
所有的种植技术、灌溉方法、施肥经验，全都要从头开始摸索。
11
从2000年开始，我国多个顶尖的材料学实验室，就投入到了这场艰难的“拓荒”之中。
然而，现实的困难，远比想象中要大得多。
最大的拦路虎，就是“单晶体”的制造。
铌合金高强度晶体的生长过程，极其缓慢和苛刻。
需要在接近1600摄氏度的真空环境下，以蜗牛般的速度，持续生长超过100个小时，才能得到一根小小的晶体棒。
在这个过程中，温度、气压、电磁场，任何一个参数出现哪怕一丝丝的波动，都会导致晶体内部出现缺陷，前功尽弃。
成本高昂，成功率极低。
整整十几年，我们在这个瓶颈上，始终无法取得突破性的进展。
地面上的环境，干扰太多了。
重力的存在，使得熔融的金属液体内部会产生难以控制的“对流”，就像一锅不断翻滚的沸水，让晶体无法安静地、完美地生长。
为了看清在微观世界里，铌合金晶体究竟是如何生长的，我们需要一个没有重力、绝对纯净的“上帝实验室”。
于是，我们把目光，投向了头顶那片璀璨的星空。
12
2021年4月29日，长征五号B遥二运载火箭，托举着中国天宫空间站的“天和”核心舱，拔地而起，飞向太空。
在核心舱搭载的众多尖端科学仪器中，有一个看似不起眼的实验柜——无容器材料实验柜。
这，就是我们为“铌合金”准备的“太空炼丹炉”。
中国科学家巧妙地利用了静电场。
在真空的实验舱内，强大的静电场像一只无形的手，将一小颗铌合金的材料样品，稳稳地悬浮在半空中。
“无容器”，意味着熔融的金属液体，不会与任何容器壁接触，从而排除了任何杂质污染的可能性，获得了地球上无法实现的极限纯净度。
接着，高能激光束精准地照射在悬浮的材料颗粒上，瞬间将其加热到3000摄-度，使其完全熔化成一个液滴。
在没有重力干扰的微重力环境下，这个熔融的金属液滴，呈现出最完美的球形。
科学家可以像慢动作回放一样，从容地控制它的降温过程，观察它如何“过冷”（在低于凝固点时仍保持液态），如何开始结晶，第一个晶核如何出现，晶体又是如何一微米一微米地长大的……
整个热物理过程的所有微观变化，都被高精度的传感器和摄像机，完整地记录下来，实时地传递回地面。
13
这项名为“超高温材料太空冶金”的研究项目，被列为了中国空间站建设期间的最高优先级任务。
从“问天”实验舱，到“梦天”实验舱，每一次的上行任务，天舟货运飞船都会为这个“炼丹炉”，带去新的“药材”——由西北工业大学的科学家们精心制备的，十余种、数百个不同的高性能难熔合金样品。
三年的时间里，先后进行了6个批次的在轨试验。
我们获得了海量的、在地球上永远无法得到的宝贵数据：液态密度、热膨胀系数、热辐比、凝固收缩动力学规律……
我们第一次揭示了液态金属内部那种神秘的“涡旋型”特殊组织结构。
我们搞清楚了共晶合金“解耦生长”的内在机理。
这些听起来无比深奥的科学发现，被源源不断地传回地面后，立刻被转化为了生产工艺上的巨大突破。
地面上的中国科学家，利用这些来自太空的“天机”，对冶炼设备和工艺参数进行了颠覆性的优化。
终于，在2023年的某一天，实验室里传来了一声欢呼。
我们，成功了！
我们首次在地球上，实现了高质量铌硅单晶体，近乎“疯狂”的生长速度——每秒9厘米！
曾经需要100个小时才能完成的工作，现在几分钟就能搞定！
我们制造出的全新铌合金，强度足以硬扛三辆99A主战坦克的碾压而毫发无损！
更重要的是，官方的评价是：「符合工业应用严格要求」。
这八个字，重于泰山！
它意味着，我们不仅在实验室里取得了成功，更打通了从实验室到工厂的“最后一公里”，实现了大规模、低成本的工业化生产！
我们，炼成了真正的“金属之王”！
14
这种全新的铌基超级合金，其性能，已经完全超出了西方材料学家的想象。
它不仅能轻松经受住2400℃的极端高温考验，比美国的含铼合金整整高出了700℃！
而且，它还同时具备了惊人的韧性、稳定性和可加工性。
用它制造出的发动机叶片，可以轻松地加工出最符合空气动力学的翼型曲线。
叶片的内部，可以制造出极其复杂的、网状的中空冷却通道，让冷气在里面高速循环，进一步提升散热效果。
而它的强度，竟然达到了传统镍基单晶叶片的三倍以上！
这就是科学，这就是不讲道理的降维打击！
当这泛着幽蓝色神秘光泽的铌合金叶片，成套装入国产的“峨眉”WS-15发动机，并成功完成所有地面和空中测试，开始正式列装歼-20战斗机的那一刻。
标志着，中国航空发动机，终于挺直了脊梁！
也正是因为有了这位“金属之王”的加持，我们才有了后续一系列的“技术爆炸”。
速度突破16马赫的“站立式斜爆震冲压发动机”横空出世，让空天飞机从科幻变为现实。
为国产大飞机C919配套的大推力商用发动机CJ-2000，在西安的亚洲最大发动机测试中心，完成了长达3000小时的极限耐久性测试。
它那高达35吨级的澎湃推力，不仅将波音787所使用的GE9X发动机27吨的推力远远甩在身后，油耗还比其降低了15%，比空客A350最新的罗罗公司遄达XWB发动机，也降低了8%。
这些冰冷的数字背后，是一个让所有对手都感到窒息的事实：中国航空动力，已然跻身全球之巅。
15
中国攻克铌基超级合金的意义，是颠覆性的。
它意味着我们不仅有望率先造出推重比超过15的第六代航空发动机，彻底改变未来空战的规则。
还能将其应用在重型燃气轮机、核潜艇发动机、深空探测器等所有需要极限动力的领域。
美国、日本和欧洲在高温合金领域积累了三十年的技术优势，在这位“金属之王”的面前，被瞬间清零。
他们三十年，白干了。
如今，据说美国通用电气的工程师们，正在夜以继日地疯狂加班，试图从我们公开发表的专利中，破解这种“太空合金”的秘密。
他们甚至向NASA紧急申请，希望能在国际空间站上，复制我们的太空冶金试验。
而曾经对我们进行技术封锁的波音公司总裁，则通过秘密渠道，正式向我们提出了购买铌合金整体叶盘铸件的申请……
风水轮流转。
今天，攻守之势异也！
回望历史，从1801年那块被遗弃的矿石，到1978年那句“落后25年”的断言，再到今天我们在太空炼出“金属之王”。
这条路，我们走得太艰难，但也走得太辉煌。
这，就是一个古老民族，在被压迫到极致后，所爆发出的，足以撼动星辰的力量！
而这，仅仅只是一个开始。