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又一个中国骄傲诞生,身轻如燕却力大无穷的新材料在中国诞生!  

2017-08-12 14:15:42|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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最近,上海交通大学爆出一个特大科技新闻,上海交通大学材料科学与工程学院王浩伟教授团队让铝里“长”出陶瓷,打造了一个纳米陶瓷铝合金。这不是一个普通的材料,是中国原创,独一无二的新材料。今天它已经被使用在天宫一号、天宫二号、量子卫星、气象卫星等关键部件。翱翔于太空。
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钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属,钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的,合金钛合金很轻,强度高而密度又小,机械性能好,韧性和抗蚀性能等特点而被广泛用于各个领域。

钛合金的工艺性能差,切削加工困难,在热加工中,非常容易吸收氢氧氮碳等杂质。还有抗磨性差,生产工艺复杂。

美国1948年服役的F-86战斗机是在飞机结构中首次使用钛合金的。它在后机身隔热板、导风罩和机尾罩等非承力部件上应用了钛合金,约占结构重量的1%。1957年,美国贝尔X-15试验机使用的钛合金占结构重量的17.5%。目前,使用钛合金最多的当属美国3倍音速的高空高速侦察机SR-71。其钛合金用量占结构的93%,号称“全钛飞机”。

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但是钛合金有致命的缺点,工艺性能差,切削加工困难,在热加工中,非常容易吸收氢氧氮碳等杂质。还有抗磨性差,生产工艺复杂。钛合金无法承受3D打印,如果将其进行3D打印,其性能远远低于锻件。

再来看看碳纤维。

碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成,经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”,质量比金属铝轻,但强度却高于钢铁,具有耐腐蚀、耐油、高模量、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体等优点,在国防军工和民用方面都是重要材料。

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根据相关报道,新一代大型民用客机空客A380和波音787使用了约为50%的碳纤维复合材料。波音777飞机利用碳纤维做结构材料,波音787的机身也采用碳纤维,这使飞机飞得更快,油耗更低,同时能增加客舱湿度,让乘客更舒适。空客也在他们的飞机上使用了大量的碳纤维,碳纤维被大量应用在新型客机A380上。这使飞机机体的结构重量减轻了20%,比同类飞机可节省20%的燃油,从而大幅降低了运行成本、减少二氧化碳排放。

2016年2月哈尔滨天顺化工科技开发有限公司突破日本管制封锁研制出高性能碳纤维。

那么中国研发的新材料有什么特点呢?

在我们的印象中,陶瓷很脆,一摔就碎;铝很软,一掰就弯——这是普通人对于陶瓷和铝这两种材料的印象。那么中国科学家怎么能把这种材料变成了大力士呢?

他们抛弃了国际上过去的往“铝”里掺陶瓷的传统的生硬做法。

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而是别具匠心,另辟蹊径,上世纪90年代,我国复合材料创始人,上海交大金属基复合材料国家重点实验室创建者吴人洁教授,第一次提出用化学方法在铝合金中“长出陶瓷”,来制备铝基复合材料,王浩伟教授又再接再厉,从纳米尺度,把陶瓷的属性注入到铝中去。这才打造了一种新材料!陶铝新材料的刚强程度超过了钛合金,但是加工成本只有钛合金的五分之一。而且它在3D打印后构件可以达到锻件的水平,不像钛合金一样无法经历3D打印。

是不是非常赞!

上海交大的教授说了,为了保证飞行安全,民用客机的机体结构材料对抗腐蚀、抗疲劳性要求极高,为了使飞机安全、经济、舒适、环保,重量轻、抗腐蚀、耐疲劳的铝锂合金材料和碳纤维复合材料是目前新一代飞机研制较为理想的结构材料。而中国原创的纳米陶瓷铝合金材料则具有更大的减重潜力,而且工艺性好、成本低,有望成为下一代航空新材料,使国产大飞机更轻快、更安全地在蓝天翱翔。

事实上,这项研究早已经进入产业化,2013年,安徽省淮北市政府从土地、资金、政策、人才等进行了多方支持,形成了具有年产千吨级中试及生产基地,并成立了安徽相邦复合材料有限公司,使纳米陶瓷铝合金材料的量产能力能满足在航天、航空、汽车等领域大规模应用的需求。2015年,上海交大与上海均瑶(集团)有限公司合作建设联合研发中心,使纳米陶瓷铝合金迅速进入航空和汽车等百亿以上级别的产业领域。

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