第579章 液态金属冷却法

短暂的小插曲过后，众人的话题又回到了面前这几台正在生产的设备上面。马立平带着常浩南走上台阶，来到一排操作机柜前面：“其实之前涡扇10的涡轮叶片性能参数确定下来之后，我们也尝试过用新设备生产一批产品，其它部分倒是还好，虽然略有些瑕疵，但通过后续精加工好歹都能挽回。”“只有最后的凝固过程，非常难以控制，生产出来的单晶在晶体层面缺陷很大，甚至很大一部分直接就不是单晶，这个无论如何都没办法在后面补救回来，所以只好暂时停工，等工艺问题解决之后再重新投产了。”说话的功夫，他从旁边拿出来了一个被包装起来的涡轮叶片，递给常浩南：“这是我们之前那批废品里面最典型的一个。”“杂晶、雀斑、成分偏析、含氧量和含氮量过高、一次枝晶间距大、晶体取向偏离受力方向，总之教科书上面写了的单晶缺陷，这块产品上面都集齐了。”“哪怕想要故意生产这么个废品出来，都很难做到，要不是这东西涉及到太行项目需要保密，我都想带出去给我那帮学生们看看……”常浩南接过叶片，翻来覆去看了看。当然，用肉眼是不可能看出什么东西的，晶体形态的差异哪怕用一般光学显微镜都未必能看全，需要专门的设备才能检测出来。“现在涡扇10还处在研发阶段，所有涉及到项目的东西自然全是绝密，不过定型之后，这些废品就没那么敏感了，虽然直接带走还是不行，但可以把晶型照片拿出去。”他说着把那个“完美”的废品还给马立平：“所以，你觉得这是凝固过程参数调整的问题？”“自然是的。”后者点点头：“这套设备用的凝固技术是目前比较流行的高速凝固法，通过炉内保温加热区和铸件底部水冷托盘及辐射散热实现温度梯度的控制。”“但是铸件从保温区域拉出来的过程中，散热逐渐变为以辐射为主，散热效率骤降，导致凝固前沿的温度梯度不断降低，生产出来的铸件很容易出现缺陷，而且单晶尺寸越大，缺陷就越明显。”“国外在用高速凝固法生产叶片的时候，也是要精调拉出速度，因为热辐射过程的散热效率没办法控制，所以只能尽可能减小水冷部分的温度梯度，让整个逐渐的温度分布更平均一些。”马立平的表述稍微有点复杂，以至于常浩南听过之后都站在原地稍微想了一会：“如果这样的话，就算我们最后找到了能够稳定形成单晶的工艺方式，生产效率应该也会非常低？”“呃……”马立平擦了擦额头上的虚汗：“常总，这个办法之所以叫高速凝固法，就是说相比于传统的功率降低法已经非常快了。”“只不过涡扇10这个叶片的尺寸确实有点太大，外形又比较复杂，所以只能慢工出细活，这也是第三代航空发动机生产效率总体偏低的主要原因……”显然，他是以为常浩南对他们的生产效率不满意。然而后者却摆了摆手：“不，我的意思是说，既然冷端靠热辐射进行冷却的效率比水冷盘低得多，那为什么不干脆一点，把整个工件都用液体进行冷却？”“啊？”马立平整个人直接愣住，好一会之后才艰难开口：“全都用液体，那不成淬火了？”“而且水冷对于正在生长的晶体来说，冷却效果过于好了，突然接触到低温的晶体会直接不受控制地疯涨，根本无法保证晶型，而且……”他的话还没说完，就被差点绷不住的常浩南打断了：“当然不可能是用水，水的凝固点和沸点之间只差100c，对于冷端温度控制来说区间太窄了，根本没办法操作。”“我的意思是，用导热系数大、沸点高、凝固点低、热容量大的液体，把抽拉出来的叶片根部直接浸泡在里面，用热传导进行强化冷却，这样整个工件的温度梯度可以又大又稳定，结晶的速度和晶体质量也能同时得到保障。”“沸点高、凝固点低，还要热容量大……”马立平双眼望天低思索了一下。他本来想说哪可能有这么神奇的东西。但很快就意识到自己想错了。有一个大类的材料都符合这个要求，只不过它们通常并不被认为是“液体”罢了。“那就只有……液态金属？”常浩南点头：“我初步想一想的话，最好是用铝或者锡，就像你说的，凝固点也不能太低，否则骤然遇到强冷对于晶体生长也有不利影响。”这一次，马立平没有马上给出回应，而是在机柜前来回踱着步子，显然是在思索这个技术路线的可行性。“常总，如果是用液态金属，那需要控制的可操作变量就更多了，尤其是冷却速度提高的情况下。”几分钟后，他重新停住脚步，看向常浩南：“至少还要考虑液态金属本身在接触到晶体之后的温度变化，而且就算导热系数相对大，但因为流动性不足，所以液体内部还会形成一个新的温度场，必须同时对这个温度场进行控制，还要考虑到，我们的加热手段本身也是不均匀的……”别说着手去算，哪怕只是想想，就让马立平感觉到头大。“如果用均匀加热的方法呢，比如微波加热？”旁边一直插不上话的钟世宏突然提议道：“这样至少可以减少一个变量……”话还没说完，就看到对面两个人正用复杂的眼神看着自己。“你……要用微波……加热金属？”马立平的声音有些难以置信。就像他刚刚面对常浩南时候那样。只不过，之前他是怀疑自己的水平是否不够，现在则是怀疑钟世宏的智力……微波对于金属有趋肤效应，只能透过很浅的金属表层，并不能像烧水那样从内部进行整体加热。“没事了……”意识到自己出了个馊主意的钟世宏当即闭嘴。“总之，如果引入液态金属的话，那控制逻辑会异常复杂，包括我们下一步的工艺优化，每多引入一个参数，优化难度都会呈指数型增加……”“我们……真能在几个月时间里得到结果？”当模型的复杂程度足够大的时候，哪怕用计算机也很难计算出结果来。尤其眼下这功夫，华夏的超算在硬指标上仍然比国际领先水平差不少。“这个么……”常浩南推了推头上的安全帽：“别人我不好说，但既然是我来负责的话，问题应该不大……”