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[周到上海]铝里竟然能“长”出陶瓷 交大研究团队不简单![图]
[发布时间]: 2017年08月06日
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[责任编辑]: 李晗

 

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,造出了一个陶铝“大力士”。这个“大力士”身轻如燕却力大无穷,比强度和比刚度甚至超过了“太空金属”钛合金。 

今天,上海交大发布了这项最新科研新材料---纳米陶瓷铝合金。这一中国原创,独一无二的新材料已用于天宫一号、天宫二号、量子卫星、气象卫星等关键部件翱翔于太空。下一步将应用于到民用,如汽车的内燃机活塞和关键部件,不仅能有效减重,还可以节能减排、提高安全性。    

这种材料从研发到应用历经30余年,背后凝结着上海交大五代“材料人”的心血和努力。    

纳米陶瓷铝合金四两“扛”千斤   

铝里还能“长”陶瓷?“能!”王浩伟教授说,近30年来,他带领团队成员一起“玩儿”的就是这个。    

“大家小时候都玩水玩沙子,我的专业就是把‘水’和‘沙子’掺在一起玩儿。”王浩伟教授所说的“水”正是用于铸造的金属铝,“沙子”则是陶瓷。铝很轻,铝合金材料可以使手机、电脑变得更加轻薄便携,但铝的“弱点”也很明显:韧性不错,软,易变形、也易断裂,到了对材料的强度和硬度要求都很高的场合就不行”。    

而陶瓷很容易碎的,但论硬度,陶瓷比钢铁要硬很多。铝里“掺”陶瓷的办法说起来容易,实际做起来没那么简单。目前国际上传统方法是用物理方法从外面往铝里掺陶瓷,这种办法能提高材料的强度和刚度,可是又会出现加工成形困难、强度及塑性差和性能不稳定等一系列问题,严重阻碍了这种材料的工程应用。    

“既然的路走不通了,我们又想了另外一个办法,让陶瓷自己从铝里‘长’出来。”王浩伟教授介绍说,他们最终采用了“原位自生技术”,通过熔体控制自生,陶瓷颗粒的尺寸由外加法的几十微米降低到纳米级,突破了外加陶瓷铝基复合材料塑性低、加工难等应用瓶颈。    

这种纳米陶瓷铝合金加工成本只有钛合金的五分之一,且具有高刚度、高强度、抗疲劳、低膨胀、高阻尼、耐高温等特点,即使外来作用力‘泰山压顶’,纳米陶瓷铝合金也能做到‘岿然不动’,可以称得上是四两‘扛’千斤了。    

助国产大飞机“更轻”翱翔   

复合材料是航空材料领域争夺的技术高地,“一代材料,一代飞机”,每一次航空材料的变革都带来了航空技术的巨大进步。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,王浩伟教授团队研制的纳米陶瓷铝合金的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。    

“相比钛合金和高温合金,铝合金3D打印后性能远低于锻件,纳米陶瓷铝合金3D打印构件可以达到锻件的性能。我们现在正加紧和中国商飞、中国商发合作,助推国产大飞机用上这种具有我们中国自主知识产权的新材料。”王浩伟教授表示,目前纳米陶瓷铝合金已经用于天宫一号、天宫二号、量子卫星、气象卫星等关键部件翱翔于太空。同时,王浩伟教授团队在航发、商发开展多种航空发动机叶片试验,与中国商飞实现深度合作,剑指“新一代航空材料”;在汽车领域,汽车转向节已通过台架试验,内燃机活塞也即将量产。    

纳米陶瓷铝合金成果转化将引领新产业   

既然纳米陶瓷铝合金能“四两扛千斤”,那它就应该走出实验室,为社会创造出更大的价值。8月4日,安徽省淮北市人民政府、上海交通大学和上海均瑶(集团)有限公司、安徽相邦复合材料有限公司签署“四方协议”,依托上海交大材料科学与工程学院王浩伟教授团队建设交大陶铝新材料创新中心。    

四方合作将搭建一个有利于纳米陶瓷铝合金拓展应用的市场化运作平台,建立具有自主知识产权的材料生产、产品设计、制造工艺以及使用标准等成套体系。这一科研成果的落地转化,也是上海交大对接国家重大战略需求、服务行业和产业发展的一次成功实践,它将为社会和经济发展创造更多价值。”上海交大先进产业技术研究院院长刘燕刚说。    

来源:周到上海 2017.08.06    

原文:铝里竟然能“长”出陶瓷 交大研究团队不简单!

[作者]: 董川峰 
[摄影]: 陈征
[供稿单位]:
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