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上海交大研发出超强纳米陶瓷铝合金
2018-01-19 16:20:52 | 【 【打印】【关闭】

新材料将带动航空、汽车、高铁步入更轻更节能新材料时代

  铝里还能“长”陶瓷?能。上海交通大学材料科学与工程学院王浩伟教授让铝里“长”出陶瓷,造出了一个陶铝“大力士”。这个被命名为超强纳米陶瓷铝合金的“大力士”力大无比却身轻如燕:强度和刚度可以超过钛合金,但体重却是金属家族中的轻量级。应用于内燃机活塞和汽车关键部件,不仅能有效减重,还可以节能减排、提高安全性。专家预测,纳米陶瓷铝合金将带动航空、汽车、高铁领域步入更轻、更节能的新材料时代。

  “大家小时候都玩水玩沙子,我的专业就是把‘水’和‘沙子’掺在一起玩儿。”王浩伟教授所说的“水”正是用于铸造的金属铝,“沙子”则是陶瓷。铝很轻,铝合金材料可以使手机、电脑变得更加轻薄便携,但铝的“弱点”也很明显:太软,易变形、易断裂;陶瓷的强度和硬度却非常好。如果把陶瓷的属性掺到铝里,制作出来的材料会不会结合两者的优点?超强纳米陶瓷铝合金就是按照这个思路研究出来的,这一研究花了上海交大五代“材料人”30多年心血。

  对于铝与陶瓷的结合,此前国际上的通行方法是先把陶瓷制成颗粒或纤维,然后用搅拌铸造或粉末冶金的方法混入铝合金中获得铝基复合材料。这种办法虽然提高了材料的强度和刚度,但是又会出现加工成形困难、强度及塑性差和性能不稳定等一系列问题,而且与诸如3D打印等其他新技术对接不佳,严重阻碍了这种金属体复合材料的产业化。

  “既然用物理方法从外面往铝里掺陶瓷的路走不通了,我们又想了另外一个办法——‘无中生有’,让陶瓷自己从铝里‘长’出来,这样两种材料就能相容了,如果再搞成纳米,就把陶瓷的属性真正加到了铝里面,生成了一种浑然一体的新材料。”王浩伟教授介绍说,他们最终采用了“原位自生技术”,通过熔体控制自生,陶瓷颗粒的尺寸由外加法的几十微米降低到纳米级,突破了外加陶瓷铝基复合材料塑性低、加工难等应用瓶颈。这种纳米陶瓷铝合金重量轻,且具有高刚度、高强度、抗疲劳、低膨胀、高阻尼、耐高温等特点,同时保持了铝合金良好的加工制造性能,突破了规模化工程应用的瓶颈。王浩伟教授告诉记者,纳米陶瓷铝合金此前已经用于天宫一号、天宫二号、量子卫星、气象卫星等关键部件,现在正加紧与中国商飞等合作,让国产大飞机用上这种具有中国自主知识产权的新材料。

  中国商用飞机有限责任公司副总经理、C919大型客机总设计师吴光辉说:复合材料是航空材料领域争夺的技术高地。重量轻、抗腐蚀、耐疲劳的铝锂合金材料和碳纤维复合材料是目前新一代飞机研制较为理想的结构材料。纳米陶瓷铝合金具有更大的减重潜力,而且工艺性好、成本低,有望成为下一代航空新材料,使国产大飞机更轻快、更安全地在蓝天翱翔。他还透露,目前纳米陶瓷铝合金型材试验很满意,下一步将进行板材和锻件试验。

 

    来源:光明网http://difang.gmw.cn/sh/2017-08/06/content_25465160.htm

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