陸製新材料 強度勝太空金屬

大陸國產C919大型客機機身採用第三代鋁合金材料。(CFP)

上海交大材料科學與工程學院教授王浩偉(左1)團隊。(取自澎湃網)
香港會展中心屋頂採用鋁合金造成。(中新社)

上海交通大學材料科學與工程學院王浩偉教授領銜的科研團隊,研製出一種全新的陶鋁新材料──奈米陶瓷鋁合金。這種新材料不僅輕,強度和剛度甚至超過「太空金屬」鈦合金,有望帶動航空、汽車、高鐵領域步入更輕、更節能的新材料時代。這是又一次具有完全自主知識產權的「中國製造」。

在鋁裡摻陶瓷的辦法說起來容易,實際上做起來沒那麼簡單。目前國際上傳統方法是先把陶瓷製成顆粒或纖維,然後用攪拌鑄造或粉末冶金的方法混入鋁合金中獲得鋁基複合材料,這種辦法能提高材料的強度和剛度,可是又有加工成形困難、強度及塑性差和性能不穩定等問題,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裡摻陶瓷的路走不通,我們就想出了『無中生有』,就是讓陶瓷自己從鋁裡『長』出來。」王浩偉表示,這樣兩種材料就能相容,如果再利用奈米技術,就把陶瓷的屬性真正加到鋁裡面,生成了一種渾然一體的新材料。

突破工程應用瓶頸

王浩偉教授團隊最終採用「原位自生技術」,透過熔體控制自生,陶瓷顆粒的尺寸由外加法的幾十微米降低到奈米級,突破了外加陶瓷鋁基複合材料塑性低、加工難等應用瓶頸。如此把奈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製造性能,突破了規模化工程應用的瓶頸,已利用在航太、汽車、先進電子設備領域。

加緊與中國商飛合作

「相比鈦合金和高溫合金,鋁合金3D列印後性能遠低於鍛件,奈米陶瓷鋁合金3D列印可以達到鍛件的性能。」王浩偉表示,現在正加緊和中國商飛、中國商發合作,推動大陸國產大飛機採用這種具有中國自主智財權的新材料。

目前奈米陶瓷鋁合金不但應用在內燃機活塞和汽車關鍵零件,能有效減重,還可以節能減排、提高安全性,且已用於天宮一號、天宮二號、量子衛星、氣象衛星等關鍵零件,讓又一個「中國製造」遨翔太空。

小 靈 通

奈米陶瓷鋁合金

陶瓷比鋼鐵要硬很多,把陶瓷的屬性摻到鋁裡,製作出來的鋁基複合材料結合兩者的優點,性能馬上就提高了,它重量輕、硬度大,有韌性又不易斷裂變形,在某些方面甚至超過了鋼鐵。這就是奈米陶瓷鋁合金,可以四兩「扛」千斤。(李鋅銅)

(旺報)


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