航空發動機的單晶秘笈

現代先進軍用航空發動機高溫渦輪葉片的頂級產品，是單晶葉片。別看說得挺邪乎，其實製造起來更邪乎。

這張照片上的三枚發動機葉片標誌著渦輪葉片製造技術的三次邁進。最左側的是等軸晶葉片，也就是許許多多個晶粒構成的葉片，雖然使用的材料很棒，但是從晶體結構上存在弱點，就像一大塊冰糖，摸著很硬，但掉到地上就會摔成無數小塊。中間那個是定向結晶葉片。這種葉片的鑄造過程中，人類透過特殊技術來控制金屬晶粒的形成方向，讓它們按照葉片的縱向伸展排列。這樣在旋轉運動時，葉片的景粒結構相對於衝擊載荷就相當於一把挺立的筷子，自然更為結識。最右側那個葉片就是最新的技術成果——單晶葉片。人們透過更絕妙的工藝（其實主要在溫度梯度控制的火候方面）讓葉片不再凝結成許多個晶粒，而是成為一個單個晶粒，這樣就能承受更大的載荷。

一名技術工人正開啟真空爐。爐子裡剛剛鑄造完一批單晶葉片。照片中，葉片還在陶瓷模具中尚未取出。這些模具下方有一個冷卻座板，它負責控制流入模具的金屬溶液的溫度——溫度是至關重要的秘笈，它決定著金屬溶液能否凝結為一個不再被許多晶格分隔的單個晶體。這樣的葉片自然就擁有了金剛不壞之身。

這張示意圖顯示的就是單晶渦輪葉片在真空路內部的模具中形成的大致過程。可能很難完全看明白，但是您只需要知道，這個過程相當精巧，絕招就在溫度的掌控上。

這張照片裡的資訊可多了，慢慢分析。

精彩的蠟模到金屬成品擺拍

準備入爐的模具組

高溫合金葉片鑄造雖然極為複雜，但其基本原理仍未逃離中國古代失蠟法的範疇。大致描述這一過程，就是先用蠟製作一個非常精準的渦輪葉片，你需要什麼樣的葉片，就用蠟做一個。然後把這個蠟模浸入研磨得極細的陶瓷粉末砂漿中，讓陶瓷砂漿沾滿蠟模表面，隨後讓蠟模乾燥。此後再度浸入陶瓷粉末砂漿，然後再幹燥；再浸入，再幹燥……反覆足夠多次數之後，蠟模外面就包裹了一層極為細密的陶瓷粉末層。然後再把這個東西高溫加工，蠟就會溶化流出，作為外殼的粉末層則被燒製成堅固的陶瓷模具。往它的內部加入融化的高溫合金，就能得到你要的葉片——金屬葉片。鑄造的過程控制好溫度梯度，你就能得到定向結晶葉片，甚至是單晶葉片。

這個螺旋形的東西是單晶渦輪葉片製造中的終極秘笈裝備——行內把它稱作“螺旋選晶器”。它是模具的一部分，融化的金屬透過這個螺旋形的通道進入模具的零件形腔——這條螺旋迷宮最終只允許一個單晶體到達頂端並繼續生長，最後長成單晶葉片，等待技術人員前來“收割”。估計你應該會想到，收割下來的每個單晶葉片都會帶著一根螺旋形的尾巴，英文乾脆就稱呼它“豬尾巴”或“小辮子”（Pigtail）。當然，這根尾巴最後會被切掉，得到葉片的毛坯。這張照片展示的就是切下來的葉片尾巴。雖然是切下來的邊角料，但是卻是極好的演示教具。工程人員已經用酸對它的表面進行了清洗，這樣就能展現出金屬的晶粒結構和走向。在尾巴的底部，我們會看到有很多晶粒從下向上生長起來，而到了螺旋通道的上部，多個晶粒的脈絡消失了，只剩下一個晶粒繼續向上生長，最終形成頂部的單晶渦輪葉片（已經被切走了，看不見）。

最後用一個單晶葉片結晶過程模擬影片結束，看看工程技術人員是怎樣用冶金工藝實現這種科技魔法的。

影片載入中。。。