左丽

随着我国航空业的发展，对制造的要求越来越高。但是，航空发动机作为飞机的“心脏”，却长期依赖国外公司的供应。形成这种“心病”的一大原因是发动机涡扇中的单晶叶片难以制得，对材料和生产工艺的要求很高。不过，一种超级金属—铼的发现让“病情”出现了转机，随着铼镍合金单晶叶片制备工艺的发展，这种“心病”有了“新药医”。

“铼”之不易

1872年，俄国化学家门捷列夫预言，根据元素周期律，自然界中还存在一种尚未被人们发现的，原子量约为190的“类锰”元素。他在元素周期表上为其留出了位置，将锰下面的元素锝稱为一锰，再下一行的元素称为二锰，而二锰就是后来发现的铼。

1913年，英国物理学家莫塞莱提出了原子序数的概念，这成为我们现在所使用的元素周期表中重要的组成部分，在每个元素方框的左上角标注。莫塞莱通过进一步研究，认定当时至少尚有4种新元素未能被人类发现，依次为43、61、72和75号。而铼，就是那神秘的75号元素。

科学家们试图在锰矿、铂矿以及铌铁矿中找到这个元素，但长期一无所获。这一方面受制于当时的技术能力缺陷，另一方面铼在自然界中确实非常稀有，沙里淘金绝非易事。直到1925年，铼才正式走入了人们的视线。德国的沃尔特·诺达克、艾达·塔克和奥托·伯格三位科学家利用X光谱，从大量的矿物和岩石的浓缩产物中发现了这种新元素。为了纪念自己祖国的母亲河，他们以拉丁词Rhenus（莱茵河）命名该元素，这便是我们说的铼。不过，当时他们能向学界展示的只有含铼化合物的样品，这让部分科学家对这种新元素的发现依然存疑。但在1928年，诺达克、塔克和伯格成功从近700千克钼铁矿石中提炼出超过1克铼，平息了所有质疑的声音。

铼在自然界中存在，但含量微小，它是地壳中含量倒数第四的元素（在地壳中的含量仅十亿分之一），全球已探明储量仅有约2500吨，比稀土元素更稀有。更多的铼存在于地核当中，但是我们无法触及。不仅如此，铼还十分分散，没有富集矿，大多共生于辉钼矿等其它矿石中，作为矿渣的杂质出现。在烘烤矿石以获得钼的时候，铼会与空气结合生成七氧化二铼（Re2O7），以气体的状态逃离。通过收集烟道中的气体，能够加工提取铼，但提取过程耗能很高，提取效率低下。从1吨高品位的金矿中能提炼出40克金，而1吨铜矿中只能获得0.25克铼。

发动机的救命草

这样一种罕见的元素应用范围却十分惊人。铼的熔点3180℃（仅次于碳和钨），沸点5627℃（元素中排第一）。由于其高熔沸点的特殊性质，铼与其他金属制成合金，能够耐极限高温。

航空发动机进入涡轮风扇发动机时代后，高压涡轮的涡轮前温度更高，叶尖间隙也更小，涡轮叶片变形的问题就显得尤为突出。

在运行时，航空发动机需要保持极强的稳定性和耐热性，以F-119型发动机为例，直径仅1.168米的小个头，却需要提供15.6吨的推力。发动机将空气进行压缩之后压入燃烧室，在狭窄的空间内和燃料发生剧烈燃烧，产生猛烈的燃气喷射流，推动涡轮叶片高速旋转，看起来弱不禁风的单薄零件瞬间便可产生巨大的动力。

但是，在此过程中，涡轮和风扇不仅需要承受巨大的压力，还得忍受高温的考验。在飞机高速飞行时，航空发动机的工作温度约1700℃，发动机叶片极易发生蠕变，即叶片发生变形。在压力和高温的双重作用下或可导致涡轮叶片断裂，叶片飞出后会损伤机匣，甚至发动机转子系统完全损坏，危及飞机安全。因此，单晶叶片处于发动机中温度最高、环境最恶劣的部位，是航空产品非常关键的零件，直接决定了发动机的性能。

科学家发现，在镍合金中加入铼，可以显著提升高温合金的抗蠕变能力，长时间工作也不易变形，而这正是制造单晶涡轮叶片所需要的。有了这种材料，航空发动机在设计时可以提高发动机增压比和热效率，使得新研发的发动机能拥有更大的推力。借由铼镍合金生产的单晶发动机叶片，涡轮发动机可以在更高的温度下稳定工作。

其他用途

铼的另一个重要用途是用于石油行业的催化剂，能够加快破解石油或天然气的烃分子。催化重整是石油炼制过程之一，是提高汽油质量和生产石油化工原料的重要手段。铼铂合金作为催化重整过程中的一种催化剂，能够提高重整反应的深度，增加汽油、芳烃和氢气等的产率。

在医疗用途方面，铼的两种放射性核素186Re和188Re可以用于放射疗法，治疗肝癌、前列腺癌和骨癌，还可以缓解与某些癌症相关的疼痛。

尽管铼十分罕见，在某些铁矿石中还是找得到它。铼的同位素187Re是一种放射性同位素，从187Re到187Os（锇的同位素）β衰变期非常长，达到41.6亿年。地质学家使用基于岩石中铼-锇同位素衰变进行同位素定年的方法，研究矿床成因、岩浆形成、地幔演化以及陨石形成等地球化学和宇宙化学问题。endprint