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中國科學家率先發(fā)明堅硬鋁合金，將在高鐵和大飛機應用!

2017-10-30 09:30:50 作者：本網(wǎng)發(fā)布來源：今日頭條分享至：

過去在我們的印象里，鋁合金是一種材質(zhì)很輕但是很軟的物質(zhì)。

告別綿軟，中國科學家率先發(fā)明堅硬鋁合金，將在高鐵和大飛機應用

很多科學家都希望讓鋁合金能夠變得堅硬起來，但是這樣的夢想一個個都破碎了。。。。

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中國科學家卻實現(xiàn)了夢幻般的突破！

上海交通大學金屬基復合材料國家重點實驗室的張荻教授研究團隊把碳納米管、石墨烯等新型高性能增強相引入到鋁合金中，開發(fā)出了高強韌的“烯碳鋁基復合材料”。該項目將在即將開幕的2017年中國國際工業(yè)博覽會高校展區(qū)亮相！

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相比于現(xiàn)有的商業(yè)鋁合金，這種材料具有同樣的密度，但室溫下其強度提高15~25%、剛度提高15~30%，還能保持相當?shù)难由炻?，制備工藝穩(wěn)定、加工性能好。此外，由于其獨特的結(jié)構(gòu)，其阻尼性能比相應商業(yè)鋁合金提高50~100%，減重的同時還能帶來顯著的減振降噪效果。

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其實把碳納米管和石墨烯加入鋁合金中的設(shè)想在20年前就有了，但是卻遲遲無法突破！

我們先說說過去農(nóng)村壘土筑墻，泥瓦匠通常在稀泥中添加一定量的稻草桿、瓦礫片能夠使泥墻卻變得更結(jié)實牢固，其關(guān)鍵就在于所添加稻草桿、瓦礫片的長短、大小和分布均勻性。

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所以呢在鋁基復合材料中，鋁合金基體就像是壘墻用的稀泥，鋁基復合材料性能的好壞就在于選擇高性能的“稻草桿、瓦礫片”作為增強相，并實現(xiàn)其在鋁合金基體“泥”中的均勻分布。

碳納米管及石墨烯具有卓越的力學性能，其密度只有鋼材的1/6，強度卻超過鋼材的100倍，剛度與自然界中最硬天然金剛石接近。

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碳納米管

只要有少量的碳納米管及石墨烯被均勻分散到鋁合金基體中，就能部分取代昂貴的合金元素，簡化合金成分和加工工藝，還能極大提高鋁合金的強度、剛度等力學性能，同時保持鋁合金良好的加工性能。

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石墨烯

但是日本科學家卻始終做不出來！美國航天航空局等歐美研究機構(gòu)和加拿大鋁業(yè)等跨國企業(yè)，也在競相開展烯碳鋁基復合材料的研究開發(fā)，但是收效甚微！

這是為什么呢？

最主要的原因就在于碳納米管及石墨烯的尺寸實在太小：

碳納米管“稻草桿”的直徑不及頭發(fā)絲的千分之一，石墨烯“瓦礫片”的厚度更是不到頭發(fā)絲的十萬分之一。

通常，碳納米管就如同無數(shù)頭發(fā)絲糾纏成團，要把它們一根根在鋁合金中分散開來又不被損傷破壞，著實困難。

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那么這樣的難題中國科學家是怎么破解的呢？

他們向大自然找解決方法，選擇了最典型的貝殼“珍珠母”作為模板。貝殼“珍珠母”具有類似磚墻的層狀結(jié)構(gòu)，通過文石晶片的有序交疊，其韌性比普通的脆性陶瓷提高3000倍以上。

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借鑒貝殼“珍珠母”的疊層結(jié)構(gòu)，團隊最終開發(fā)出“微納疊片粉末冶金”這一獨創(chuàng)的仿生復合技術(shù)，先將鋁制成微納片狀粉末，再與碳納米管和石墨烯在微觀尺度下均勻復合成為“磚”，然后通過工藝控制，像壘墻一樣形成“磚砌式”疊層結(jié)構(gòu)的烯碳鋁基復合材料。

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