最近，上海交通大學(xué)爆出一個(gè)特大科技新聞，上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院王浩偉教授團(tuán)隊(duì)讓鋁里“長(zhǎng)”出陶瓷，打造了一個(gè)納米陶瓷鋁合金。這不是一個(gè)普通的材料，是中國(guó)原創(chuàng)，獨(dú)一無(wú)二的新材料。今天它已經(jīng)被使用在天宮一號(hào)、天宮二號(hào)、量子衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星等關(guān)鍵部件。翱翔于太空。

    上海交大王浩偉教授展示納米陶瓷鋁合金材料模件

    今天我們就來(lái)科普一下：

    我們以往都知道鈦合金材料和碳纖維材料具備強(qiáng)大能力。納米陶瓷鋁合金比前兩者還要強(qiáng)大！！

    先來(lái)說(shuō)說(shuō)工業(yè)上使用廣泛的鈦合金。

    鈦是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來(lái)的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，鈦合金是以鈦為基礎(chǔ)加入其他元素組成的，合金鈦合金很輕，強(qiáng)度高而密度又小，機(jī)械性能好，韌性和抗蝕性能等特點(diǎn)而被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。

    鈦合金的工藝性能差，切削加工困難，在熱加工中，非常容易吸收氫氧氮碳等雜質(zhì)。還有抗磨性差，生產(chǎn)工藝復(fù)雜。

    美國(guó)1948年服役的F-86戰(zhàn)斗機(jī)是在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中首次使用鈦合金的。它在后機(jī)身隔熱板、導(dǎo)風(fēng)罩和機(jī)尾罩等非承力部件上應(yīng)用了鈦合金，約占結(jié)構(gòu)重量的1%。1957年，美國(guó)貝爾X-15試驗(yàn)機(jī)使用的鈦合金占結(jié)構(gòu)重量的17.5%。目前，使用鈦合金最多的當(dāng)屬美國(guó)3倍音速的高空高速偵察機(jī)SR-71。其鈦合金用量占結(jié)構(gòu)的93%，號(hào)稱(chēng)“全鈦飛機(jī)”。

    但是鈦合金有致命的缺點(diǎn)，工藝性能差，切削加工困難，在熱加工中，非常容易吸收氫氧氮碳等雜質(zhì)。還有抗磨性差，生產(chǎn)工藝復(fù)雜。鈦合金無(wú)法承受3D打印，如果將其進(jìn)行3D打印，其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鍛件。

    再來(lái)看看碳纖維。

    碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機(jī)纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維“外柔內(nèi)剛”，質(zhì)量比金屬鋁輕，但強(qiáng)度卻高于鋼鐵，具有耐腐蝕、耐油、高模量、抗輻射、抗放射、吸收有毒氣體等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)防軍工和民用方面都是重要材料。

    根據(jù)相關(guān)報(bào)道，新一代大型民用客機(jī)空客A380和波音787使用了約為50%的碳纖維復(fù)合材料。波音777飛機(jī)利用碳纖維做結(jié)構(gòu)材料，波音787的機(jī)身也采用碳纖維，這使飛機(jī)飛得更快，油耗更低，同時(shí)能增加客艙濕度，讓乘客更舒適。空客也在他們的飛機(jī)上使用了大量的碳纖維，碳纖維被大量應(yīng)用在新型客機(jī)A380上。這使飛機(jī)機(jī)體的結(jié)構(gòu)重量減輕了20%，比同類(lèi)飛機(jī)可節(jié)省20%的燃油，從而大幅降低了運(yùn)行成本、減少二氧化碳排放。

    2016年2月哈爾濱天順化工科技開(kāi)發(fā)有限公司突破日本管制封鎖研制出高性能碳纖維。

    那么中國(guó)研發(fā)的新材料有什么特點(diǎn)呢？

    在我們的印象中，陶瓷很脆，一摔就碎；鋁很軟，一掰就彎——這是普通人對(duì)于陶瓷和鋁這兩種材料的印象。那么中國(guó)科學(xué)家怎么能把這種材料變成了大力士呢？

    他們拋棄了國(guó)際上過(guò)去的往“鋁”里摻陶瓷的傳統(tǒng)的生硬做法。

    而是別具匠心，另辟蹊徑，上世紀(jì)90年代，我國(guó)復(fù)合材料創(chuàng)始人，上海交大金屬基復(fù)合材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)建者吳人潔教授，第一次提出用化學(xué)方法在鋁合金中“長(zhǎng)出陶瓷”，來(lái)制備鋁基復(fù)合材料，王浩偉教授又再接再厲，從納米尺度，把陶瓷的屬性注入到鋁中去。這才打造了一種新材料！陶鋁新材料的剛強(qiáng)程度超過(guò)了鈦合金，但是加工成本只有鈦合金的五分之一。而且它在3D打印后構(gòu)件可以達(dá)到鍛件的水平，不像鈦合金一樣無(wú)法經(jīng)歷3D打印。

    是不是非常贊！

    上海交大的教授說(shuō)了，為了保證飛行安全，民用客機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)材料對(duì)抗腐蝕、抗疲勞性要求極高，為了使飛機(jī)安全、經(jīng)濟(jì)、舒適、環(huán)保，重量輕、抗腐蝕、耐疲勞的鋁鋰合金材料和碳纖維復(fù)合材料是目前新一代飛機(jī)研制較為理想的結(jié)構(gòu)材料。而中國(guó)原創(chuàng)的納米陶瓷鋁合金材料則具有更大的減重潛力，而且工藝性好、成本低，有望成為下一代航空新材料，使國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)更輕快、更安全地在藍(lán)天翱翔。

    事實(shí)上，這項(xiàng)研究早已經(jīng)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化，2013年，安徽省淮北市政府從土地、資金、政策、人才等進(jìn)行了多方支持，形成了具有年產(chǎn)千噸級(jí)中試及生產(chǎn)基地，并成立了安徽相邦復(fù)合材料有限公司，使納米陶瓷鋁合金材料的量產(chǎn)能力能滿(mǎn)足在航天、航空、汽車(chē)等領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用的需求。2015年，上海交大與上海均瑤（集團(tuán)）有限公司合作建設(shè)聯(lián)合研發(fā)中心，使納米陶瓷鋁合金迅速進(jìn)入航空和汽車(chē)等百億以上級(jí)別的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。

    事實(shí)上，中國(guó)還有很多高科技的新成果，都已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室走入產(chǎn)業(yè)界，只是還沒(méi)有向公眾透露，我們的驚喜還會(huì)有很多很多！！

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