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[上观新闻·首页]大飞机要用陶铝新材料!如此高强,有企业家为它第三次创业,有民企误以为碰到骗子[图]
[发布时间]: 2017年08月07日
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[责任编辑]: 李晗

“世界上哪有这种材料,你肯定碰上骗子了。”而今,不仅大车商用了它,连国产大飞机也正在进行相关型材测试,要让机身材料更新换代。    

今天(6日),上海交通大学总办公厅楼内首度公开一批神奇新材料的实样。为了体验对比,解放日报·上观新闻记者尝试掂量了两套新能源汽车转向节:通常用铸铁制造的转向节,一只手提起来都很费劲儿;而用新型陶铝新材料制造的那种,一根食指便能挑起。   

记者手中的新能源汽车转向节(陶铝新材料)。

超强纳米陶瓷铝合金,上海交大老、中、青5代材料人攻坚30年而成。为了实现产学研合作,一位浙商企业家在现场告诉解放日报·上观新闻记者,继温州第一次创业、上海第二次创业之后,他已开始为它第三次创业。    

说来好笑,当初他向浙江民营车企推介时,由于这材料性能既轻质又高强,民企老总竟告诉自己的老乡:“世界上哪有这种材料,你肯定碰上骗子了。”而今,不仅大车商用了它,连国产大飞机也正在进行相关型材测试,想让机身材料更新换代。事实上,目前这种陶铝复合材料已经用于天宫一号、天宫二号、量子卫星、气象卫星等关键部件,翱翔太空之上。    

陶铝新材料件与传统材料件的对比。

更轻更高更强,四两“扛”千斤

从陶瓷刀、陶瓷装甲到陶瓷防弹衣,要论硬度,其实陶瓷比钢铁硬很多——但,陶瓷性脆易碎;铝则是最常用的轻金属,韧性不错——但,刚度不足,容易变形。    

如何优势互补,取长补短,合二而一?    

上世纪90年代,我国复合材料的创始人之一、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,最早提出采用“原位自生”方法在铝合金中长出陶瓷增强体,从而制备铝基复合材料,带队进入当时材料制备的“无人区”。    

“当时国际上采用的是往铝里‘掺’陶瓷的物理方法,效果都不是很理想——而吴人洁教授第一次提出用化学方法在铝里‘长’陶瓷,这是非常新颖的思路。”如今,这一高强材料在上海交大材料科学与工程学院王浩伟教授团队手中终于“铸就”,他说:“再搞成纳米,就把陶瓷的属性真正加到了铝里面,生成了一种浑然天成的新材料。”    

作为王浩伟的研究生导师,现年90高龄的中国科学院院士、生态材料学开创者周尧和,也特意为自主研发成功前来道贺,他告诉解放日报·上观新闻记者,王浩伟所在团队几十年如一日,淡泊名利、埋头钻研,才从白手起家直到形成先进而完备的技术体系。    

团队成员都记得,当采用纳米陶瓷铝合金制备的装备第一次通过试验考核时,也许是因为成功后的喜悦,又或是多年科研攻关压力的突然释放,王浩伟教授在实验现场突发心脏病,幸亏救护车及时赶到才有惊无险。    

专家们认为,这种纳米陶瓷铝合金不仅重量轻,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”,它也能四两“扛”千斤。    

轻量化革命,一代材料一代飞机

把纳米陶瓷颗粒植入铝合金“自生长”,提高了材料刚度、强度,同时保持了铝合金良好的加工制造性能,并突破了规模化工程应用的瓶颈——这个“大力士”的刚强程度甚至超过了“太空金属”钛合金,已在航天、汽车、先进电子设备领域得到应用。    

“一代材料,一代飞机。”中国商飞有限责任公司副总经理、国产大飞机C919总设计师吴光辉告诉解放日报·上观新闻记者,从莱特兄弟的木制飞机,到传统的铝合金飞机,再到“梦想飞机”787之类的碳纤维复合材料,每一次航空材料的变革都带来了航空技术的巨大进步。    

为了使飞机安全、经济、舒适和环保,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。他认为,宽体客机更适用碳纤维复合材料,而C919这类窄体客机则更需要金属复合材料。“事实上,这种新材料的名字就是我起的,因为它根本上还是纳米陶瓷复合的铝合金,比已有的金属复合材料都要好。”    

大型客机用T型材。

他透露,交大自主研发的这一陶铝材料,已在进行型材测试,结果良好,有望继续拓展到板材、锻件测试,具备发展为下一代航空新材料的潜力,使国产大飞机更轻快、更安全徜徉蓝天。    

“我们现在正加紧和中国商飞、中国商发合作,包括开发多种航空发动机叶片试验,助推国产大飞机用上这种具有中国自主知识产权的新材料。”同时,王浩伟教授表示,它应用于内燃机活塞和汽车关键部件,不仅能有效减重轻量,还可以节能减排、提高安全性。    

航空涡扇发动机风扇叶片(0.4缩比件)。

转向军民融合,四方联姻产业化

“什么是创业?创业就是‘无中生有、亲历亲为’。”这位民营企业家这样定义自己如何走上这条高新技术的创业新路,其实他与其企业已早早加入新材料的官产学研跨地合作,全程参与、同舟共济。    

解放日报·上观新闻记者获悉,就在8月4日,安徽省淮北市人民政府、上海交通大学、安徽相邦复合材料有限公司以及这家本土企业签署“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。    

陶铝新材料科研团队合影。

上海交大先进产业技术研究院院长刘燕刚表示,长期以来,上海交大就对王浩伟教授团队的纳米陶瓷铝合金项目给予了持续和大力的资助和支持,同时也积极对外寻找成果落地转化的合作条件。   

王浩伟团队通过扫描电镜分析陶铝新材料的微观组织。

在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满足在航天、航空、汽车等领域大规模应用的需求。而2015年,上海交大与合作方企业共建联合研发中心,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。除了航空领域,在汽车领域,应用此项新材料的转向节已通过台架试验,内燃机活塞也即将量产。   

陶铝新材料3D打印各种粉体。

中国复合材料学会副理事长、西北工业大学材料学教授成来飞认为,这一纳米陶瓷铝合金“材料性能高大上,综合成本接地气”,在军民融合方面可以大有作为。王浩伟也信心满满地表示,“材料上天是实现‘国强’,下一步还要为实现‘民富’贡献它的力量。”   

来源:上观新闻 2017.08.07    

原文:大飞机要用陶铝新材料!如此高强,有企业家为它第三次创业,有民企误以为碰到骗子

[作者]: 徐瑞哲 
[摄影]: 徐瑞哲
[供稿单位]:
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