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上海交大研制出納米陶瓷鋁合金新材料或成航空新材料

2017-08-08 09:21:24 作者：本網整理來源：東方網分享至：

8月6號，上海交通大學召開新聞發布會，宣布由上海交大材料科學與工程學院王浩偉教授領銜的科研團隊經過30年的努力，研制出一種全新的陶鋁新材料——納米陶瓷鋁合金。

圖片說明：上海交大王浩偉教授展示納米陶瓷鋁合金材料模件。

據了解，這種全新的材料將納米陶瓷顆粒引入到鋁合金，提高了材料的剛度、強度，同時保持了鋁合金良好的加工制造性能，突破了規?；こ虘玫钠款i，具有重量輕、高剛度、高強度、抗疲勞、低膨脹、高阻尼、耐高溫等特點，目前已在天宮一號、氣象衛星等航天、汽車、先進電子設備領域得到了應用。

30年磨一劍，五代“材料人”合力攻堅

納米陶瓷鋁合金從無到有，從研發到應用歷經30多年，它背后凝結著上海交大老、中、青五代“材料人”的心血和努力。

上世紀90年代，我國復合材料的創始人之一、上海交大金屬基復合材料國家重點實驗室創建者吳人潔教授，最早提出了采用“原位自生”方法在鋁合金中長出陶瓷增強體，制備鋁基復合材料，進入當時材料制備的“無人區”。

“我們從1992年就開始了納米陶瓷鋁合金的基礎研究，當時國際上采用的都是鋁里‘摻’陶瓷的物理方法，效果都不是很理想；吳人潔教授第一次提出用化學方法在鋁里‘長’陶瓷，這是非常新穎的思路。這也難怪，對于金屬冶金來說，非金屬（比如陶瓷成分）是金屬中的雜質成分，研究人員避之猶恐不及，哪兒有人還自己通過化學方法摻入‘雜質’啊。但在后來的研究中我們發現，只要通過控制化學反應的進程，把陶瓷顆粒的尺度、形態和分布控制在合理的范圍內，這些調皮的‘陶瓷小精靈’就能發揮作用，變成對材料有幫助的部分。”王浩偉教授介紹說。

圖片說明：上海交大王浩偉教授正在發布會上介紹納米陶瓷鋁合金新材料。

王浩偉研究生階段師從在鑄造界享有盛譽的周堯和院士。1996年，周堯和院士在上海交大開辟了“生態材料學”這一全新研究領域。在吳人潔教授和周堯和院士的指導下，王浩偉教授帶著團隊的青年科研骨干持續攻關，三十年磨一劍，終于迎來了納米陶瓷鋁合金的誕生。

“除了周堯和院士和吳人潔教授兩位20年代出生的‘元老’以外，團隊里的其他科研人員分別是四十年代、五六十年代、七十年代和八十年代出生的。”王浩偉教授說，團隊里的五代科研人員都敢想敢干，他們總是沖在國家科研最需要的第一線。納米陶瓷鋁合金要在上千度的高溫爐里合成，即便夏日炎炎，他和團隊成員也常常夜以繼日地守在爐邊反復實驗。

王浩偉教授團隊的一位青年科研人員回憶說，材料攻關完成后，當采用納米陶瓷鋁合金制備的裝備第一次通過試驗考核時，也許是因為成功后的喜悅，又或者是多年科研攻關壓力的突然釋放，王浩偉教授在實驗現場突發心臟病，幸虧救護車及時趕到才有驚無險。

“我很幸運，得到了周堯和院士和吳人潔教授的共同指導，他們都是各自領域的大家，這種很好的學科交叉環境拓寬了我的研究思路，也讓我在納米陶瓷鋁合金的研發道路上走得越來越堅定。周堯和院士當年為了激勵生態材料學課題組內的年輕人，斟酌再三，把生態材料學（Ecomaterials）的英文字頭‘ECO’三個字母，重新詮釋出‘Excellence’（卓越）、‘Cooperation’（合作）和‘Originality’（原創）的含義。30年來，這三個詞一直是支撐我們團隊潛心科研的精神支柱。做出中國人真正原創的東西，是我們團隊追求的終極目標。”王浩偉教授說。

助力國產大飛機，或成為新一代航空材料

陶瓷很脆，一摔就碎；鋁很軟，一掰就彎——這是普通人對于陶瓷和鋁這兩種材料的印象?？墒巧虾＝淮蟛牧峡茖W與工程學院王浩偉教授團隊讓鋁里“長”出陶瓷，造出了一個陶鋁“大力士”，這個“大力士”身輕如燕卻力大無窮，比強度和比剛度甚至超過了“太空金屬”鈦合金，它不僅為具有自主知識產權的“中國制造”增添了一個新成員，還有望“四兩扛千斤”，或將帶動航空、汽車、高鐵領域步入更輕、更節能的新材料時代。

記者了解到，復合材料是航空材料領域爭奪的技術高地，“一代材料，一代飛機”，每一次航空材料的變革都帶來了航空技術的巨大進步。為了保證飛行安全，民用客機的機體結構材料對抗腐蝕、抗疲勞性要求極高，為了使飛機安全、經濟、舒適、環保，重量輕、抗腐蝕、耐疲勞的鋁鋰合金材料和碳纖維復合材料是目前新一代飛機研制較為理想的結構材料。

如今，王浩偉教授團隊研制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，使國產大飛機更輕快、更安全地在藍天翱翔。

“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。我們現在正加緊和中國商飛、中國商發合作，助推國產大飛機用上這種具有我們中國自主知識產權的新材料。”王浩偉教授表示，目前納米陶瓷鋁合金已經用于天宮一號、天宮二號、量子衛星、氣象衛星等關鍵部件翱翔于太空。同時，應用于內燃機活塞和汽車關鍵部件，不僅能有效減重，還可以節能減排、提高安全性。

值得一提的是，就在兩天前，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。此舉也讓科研成果走出了實驗室，為社會創造出更大的價值。

事實上，長期以來，上海交大就對王浩偉教授團隊的納米陶瓷鋁合金項目給予了持續的大力資助和支持，同時也積極對外尋找成果落地轉化的合作條件。

2013年，安徽省淮北市政府從土地、資金、政策、人才等進行了多方支持，形成了具有年產千噸級中試及生產基地，并成立了安徽相邦復合材料有限公司，使納米陶瓷鋁合金材料的量產能力能滿足在航天、航空、汽車等領域大規模應用的需求。2015年，上海交大與上海均瑤（集團）有限公司合作建設聯合研發中心，使納米陶瓷鋁合金迅速進入航空和汽車等百億以上級別的產業領域。

在航空領域，目前王浩偉教授團隊已在航發、商發開展多種航空發動機葉片試驗，與中國商飛實現深度合作，劍指“新一代航空材料”，在汽車領域，轉向節已通過臺架試驗，內燃機活塞也即將量產。

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責任編輯：殷鵬飛

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