上海交大成功研制納米陶鋁合金，已用于天宮二號
2017-08-07 10:01:16
作者：本網整理 來源：澎湃新聞
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鋁和陶瓷是兩種常見材料，但各自都有“缺點”：陶瓷脆，一摔就碎；鋁很軟，一掰就彎。
8月6日，澎湃新聞記者從上海交通大學召開的新聞發布會獲悉，該校新研制出的納米陶鋁合金，兼具兩者優點，比強度和比剛度甚至超過了“太空金屬”鈦合金。
目前，該材料已經用于天宮一號、天宮二號、量子衛星、氣象衛星等關鍵部件翱翔于太空。未來將走進民航、汽車等領域，有望引領材料輕量化革命。
“打個比方說，鋁就是人的肉，陶就是長在里面的骨頭，給了材料強度。”研究團隊負責人、上海交大材料科學與工程學院教授王浩偉告訴澎湃新聞記者。
上海交大成功研制納米陶鋁合金，已用于天宮二號
王浩偉團隊通過拉伸試驗機測試陶鋁新材料的靜態力學性能。上海交通大學 供圖
鋁里“摻”陶瓷的辦法說起來容易，實際做起來沒那么簡單。
王浩偉介紹，目前國際上傳統方法是先把陶瓷制成顆粒或纖維，然后用攪拌鑄造或粉末冶金的方法混入鋁合金中獲得鋁基復合材料，這種辦法能提高材料的強度和剛度，可是又會出現加工成形困難、強度及塑性差和性能不穩定等一系列問題，嚴重阻礙了這種材料的工程應用。
“既然用物理方法從外面往鋁里摻陶瓷的路走不通了，我們又想了另外一個辦法——‘無中生有’，讓陶瓷自己從鋁里‘長’出來，這樣兩種材料就能相容了，如果再搞成納米，就把陶瓷的屬性真正加到了鋁里面，生成了一種渾然一體的新材料。”王浩偉說，他們最終采用了“原位自生技術”，通過熔體控制自生，陶瓷顆粒的尺寸由外加法的幾十微米降低到納米級，突破了外加陶瓷鋁基復合材料塑性低、加工難等應用瓶頸。
這種納米陶瓷鋁合金重量輕，且具有高剛度、高強度、抗疲勞、低膨脹、高阻尼、耐高溫等特點，即使外來作用力‘泰山壓頂’，納米陶瓷鋁合金也能做到‘巋然不動’，可以稱得上是四兩‘扛’千斤了。
他介紹，該材料的研發到應用，歷經了30余年的漫長時間。從上世紀90年代，我國復合材料的創始人之一吳人潔教授最早提出采用“原位自生”方法算起，該材料的研制成功，凝聚了五代上交大材料人心血。
上海交大成功研制納米陶鋁合金，已用于天宮二號
陶鋁新材料科研團隊合影。上海交通大學 供圖
“現在已經在軍工業得到了很多應用，下一步希望能在民用領域有更大范圍應用。”王浩偉說。
國產大飛機c919總設計師吳光輝表示，目前c919在擠壓型材等方面，很快就將應用上海交大新研制的這種陶鋁新材料，“主要是減重，比已有的金屬材料都要好。”
吳光輝表示，目前還在板材和鍛件方面進行中試，測試性能，如果可以未來將大面積使用，替代國外進口材料，實現材料的國產化。
王浩偉說，相比鈦合金和高溫合金，鋁合金3D打印后性能遠低于鍛件，納米陶瓷鋁合金3D打印構件可以達到鍛件的性能。
此外，在汽車領域，轉向節上的應用，已通過臺架試驗，內燃機活塞也即將量產。
中國復合材料學會副理事長、西北工業大學材料學教授成來飛高度評價該種材料的誕生，“在航空等領域，提供了全新的材料解決方案，在一些性能上甚至超越了鈦合金。”
8月4日，安徽省淮北市人民政府、上海交通大學、上海均瑤（集團）有限公司、安徽相邦復合材料有限公司簽署“四方協議”，依托上海交大材料科學與工程學院王浩偉教授團隊建設交大陶鋁新材料創新中心。
據新聞發布會介紹，該中心施行市場化運作，將助力該種陶鋁新材料，在航空和汽車等百億以上級別的產業領域得到應用。
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