金秋豐收季，好消息頻傳，最近烯碳鋁合金錠坯從上海烯碳金屬基復(fù)合材料工程中心的生產(chǎn)線上成功下線，這標(biāo)志著這種復(fù)合材料的中試取得了巨大成功。它從仿生學(xué)出發(fā)，成功解決了石墨烯合金的結(jié)構(gòu)問題，替代傳統(tǒng)鋁合金，有助于我國航空、高鐵、汽車等高端制造領(lǐng)域步入輕量化時代。

　　不僅如此，作為上海市石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)功能型平臺推出的首個拳頭產(chǎn)品，這才剛剛開始。粉末冶金加上石墨烯，新材料的突破并不容易，那么這款新材料到底有何神器?又將給我國的高端制造帶來什么樣的格局呢?

　　加入石墨烯成就“王牌”鋁合金，國產(chǎn)大飛機(jī)、高鐵提速、汽車輕量化就靠它

　　最近隨著國產(chǎn)大飛機(jī)C919第一次動態(tài)飛行展示，人們終于可以在實(shí)地現(xiàn)場看到國產(chǎn)航空器的從理想變成了現(xiàn)實(shí)，也看到了我國高端制造業(yè)不斷進(jìn)步和超越的實(shí)力。對于國產(chǎn)大飛機(jī)來說一方面尋求航空發(fā)動機(jī)、控制系統(tǒng)等核心部件的國產(chǎn)化，另一方面從新材料、新工藝入手完成制造源頭的國產(chǎn)是許多年來幾代科學(xué)家的夢想。

　　但是面對著千頭萬緒的研發(fā)壓力，需要突破的地方實(shí)在是太多了。而讓大飛機(jī)、高鐵等輕量化就成為高端制造領(lǐng)域必然地發(fā)展方向。

　　國產(chǎn)C919就用鋁鋰合金為機(jī)體減重，在其結(jié)構(gòu)上的占比達(dá)到7.4%。但光輕還不行，如果不能解決剛度問題，只能就此止步。于是如何解決鋁合金的剛度問題成了大型裝備輕量化的最大難題。

　　工業(yè)界通常是通過添加各種材料來補(bǔ)足強(qiáng)度，好比給混凝土添加骨料。在鋁合金領(lǐng)域，鋁鋰合金、鋁陶合金都是發(fā)展方向，而加入碳納米管、石墨烯等新型增強(qiáng)相形成鋁基復(fù)合材料更被普遍看好。

　　上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院張荻教授表示，碳納米管及石墨烯具有卓越的力學(xué)性能，其密度只有鋼材的1/6，強(qiáng)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。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，還能在保持鋁合金良好的加工性能基礎(chǔ)上極大提高其強(qiáng)度、剛度等力學(xué)性能。

　　方向技術(shù)雖被前景被看好，但這一技術(shù)路線卻曾今遲遲不見進(jìn)展，究其原因就是怎么把石墨烯、碳納米管放到鋁合金中成了最大的問題。雖然粉末冶金技術(shù)已經(jīng)發(fā)展迅速，已經(jīng)能成功解決合金制造難題。可以將純金屬或者其他合金、非金屬、金屬與非金屬的化合物以及其他各種化合物，最終造出合金毛坯，但是要想取得突破進(jìn)展，就必須在如何添加上下大功夫。

　　從自然界尋找解決方案，科學(xué)難題終于被解開，“微納疊片粉末冶金”成功面世

　　其實(shí)早在20世紀(jì)末，日本的科學(xué)家們就已經(jīng)在探索碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料技術(shù)，但是遇到的瓶頸無法突破。

　　張荻說：“碳納米管的直徑不及頭發(fā)絲的千分之一，石墨烯的厚度更是不到頭發(fā)絲的十萬分之一，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(shí)困難。”

　　這個問題也同樣困擾著我國的科學(xué)家，終于在看到一款貝殼“珍珠母”的疊層結(jié)構(gòu)的時候，大自然的智慧成功地激發(fā)了科研人員的新思維。最終在仿生復(fù)合技術(shù)的支持下，開發(fā)出“微納疊片粉末冶金”這一獨(dú)創(chuàng)冶金技術(shù)。

　　其原理是先將鋁制成微納片狀粉末，然后再與碳納米管和石墨烯在微觀尺度下，按照一定比例均勻復(fù)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(fù)合材料。

　　為了將這項(xiàng)技術(shù)成果轉(zhuǎn)化成實(shí)體生產(chǎn)，科研團(tuán)隊(duì)不斷實(shí)踐，歷經(jīng)700多個日夜，終于在2019年4月成功完成第一批大規(guī)模烯碳鋁合金錠坯生產(chǎn)，今年10月成功地完成了中試，也就意味著烯碳鋁基復(fù)合材料可以快速進(jìn)入量產(chǎn)階段了。

　　總結(jié)

　　石墨烯、碳納米管以其特有的力學(xué)性能賦予了烯碳鋁合金無與倫比的輕量化優(yōu)勢，而我國的科學(xué)家借鑒了自然科學(xué)研究成果，從貝殼的疊層結(jié)構(gòu)得到靈感，自主創(chuàng)新了“微納疊片粉末冶金”技術(shù)帶領(lǐng)中國邁入輕量化時代。

　　而梳理科研的關(guān)聯(lián)，可以發(fā)現(xiàn)，基礎(chǔ)科學(xué)研究真的沒有誰最重要，而是相互促進(jìn)的。我們一直說要突破，其實(shí)最大的突破就是創(chuàng)造更多有利的條件，讓更多的科研人員扎根基礎(chǔ)科學(xué)，為全面科研助力。發(fā)現(xiàn)貝殼的疊層結(jié)構(gòu)不能造出航空發(fā)動機(jī)，也不能搞出光刻機(jī)，但是只有不斷的揭秘大自然，研究大自然，或許全面突破就在這些看似沒有實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)科研里。

　　埃爾派自主研制的大型固廢超音速蒸汽粉碎、多固廢協(xié)同互補(bǔ)高值利用技術(shù)產(chǎn)業(yè)化成套裝備等，獲批山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃及重大科技創(chuàng)新工程。氣流粉碎機(jī)在線清洗系統(tǒng)取得國家發(fā)明專利，經(jīng)山東省新產(chǎn)品鑒定，專家評定其“填補(bǔ)國內(nèi)空白”。該項(xiàng)目榮獲科技部中小企業(yè)創(chuàng)新基金，山東省首臺(套)技術(shù)裝備和關(guān)鍵核心零部件及生產(chǎn)企業(yè)、濰坊市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎三等獎等獎項(xiàng)。

　　由埃爾派自主研制的粉碎機(jī)、分級機(jī)，以及顆粒整形、包覆、修飾等關(guān)鍵技術(shù)的突破，打破了國外技術(shù)壁壘，填補(bǔ)了國內(nèi)行業(yè)空白，大大推進(jìn)了醫(yī)藥、食品、化工、礦物、新材料、固廢處理等領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級。先后榮獲科技部“科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金”、“山東省首批瞪羚企業(yè)”、“山東省隱形冠軍企業(yè)”、“高新技術(shù)企業(yè)”、“中國專利山東明星企業(yè)”等榮譽(yù)稱號。

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