宇宙的美在于神秘和深邃，仅仅银河系就蕴藏着难以计数的星系、恒星和尘埃，远远超过人类可以观测的范围。你知道么？在航空发动机的涡轮叶片中，也蕴藏着一个材料的“宇宙”，在这个“宇宙”中，原子和分子巧妙组合，帮助发动机满足各种性能需要。
涡轮叶片
涡轮叶片是航空发动机中最关键的零件之一，处于发动机中温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位，且数量众多、形状复杂、尺寸要求高、加工难度大，直接影响着航空发动机的性能。
为了满足发动机性能、可靠性和寿命的要求，涡轮叶片材料需要具有优异的高温强度，良好的抗氧化、抗热腐蚀性以及良好的疲劳、断裂韧性等综合性能。
材料研制
叶片材料研制历程
20世纪30年代，研究人员研制出拥有优异高温性能的高温合金，代替不锈钢，使叶片使用温度达到800℃。之后不久，真空冶炼技术的出现促进了铸造高温合金的发展，多晶合金逐渐开始成为涡轮叶片的主选材料。
20世纪80年代，研究人员发现定向凝固技术，通过控制结晶生长速度，使晶粒择优生长，来改善合金的强度和塑性，提高合金的热疲劳性能。在此基础上，单晶高温合金开始发展，成为高性能航空发动机涡轮叶片的主导材料。
制造工艺
有了性能优异的材料还不够，航空发动机涡轮叶片还需要精密的制造技术——熔模铸造工艺。
型芯、蜡模和壳型制备
在空心叶片的熔模铸造中，常常使用陶瓷芯来制作气道：将陶瓷芯放入蜂蜡叶片中，包裹上瓷土进行加热，烧制后将内部的蜡排出，形成铸造空腔；蜡型涂上耐火涂料后，在高温下烧结，待蜡型熔化后形成一个坚硬的型壳，将熔融后的金属浇入型壳内腔，即可获得铸件。
定向凝固
在严格的温度控制下，使多个晶粒竞相生长，使优势晶粒进入型腔，随着固液界面的向前推进，该晶粒持续长大，从而得到单晶叶片。
检验
涡轮叶片制成后，需要用特殊的化学工艺将陶瓷芯溶解掉，接着打上冷却气孔、涂上隔热、降温的热障涂层，再经X光探伤检测后，叶片就制作完成了。
冷却结构
对于发动机而言，提高涡轮进口燃气温度能增大推力，从而提升发动机效率和推重比。目前的航空发动机，涡轮进口燃气温度都超出了耐高温叶片材料所能承受的极限温度，因此必须采用有效的冷却方式来降低涡轮叶片的壁面温度。
涡轮叶片应用的冷却技术主要有对流冷却、冲击冷却、气膜冷却和层板冷却等。
未来
随着科技发展，增材制造技术、激光成型等技术将被使用到涡轮叶片的制造中，未来的涡轮叶片将具有更加优异的性能，更好为飞机翱翔天空提供动力。（中国航发航材院 赵云松）
责任编辑：马睿阳