“打個比方說，鋁就是人的肉，陶就是長在里面的骨頭，給了材料強(qiáng)度。”研究團(tuán)隊負(fù)責(zé)人、上海交大材料科學(xué)與工程學(xué)院教授王浩偉告訴澎湃新聞記者。
王浩偉團(tuán)隊通過拉伸試驗機(jī)測試陶鋁新材料的靜態(tài)力學(xué)性能。上海交通大學(xué) 供圖
鋁里“摻”陶瓷的辦法說起來容易，實(shí)際做起來沒那么簡單。
王浩偉介紹，目前國際上傳統(tǒng)方法是先把陶瓷制成顆?；蚶w維，然后用攪拌鑄造或粉末冶金的方法混入鋁合金中獲得鋁基復(fù)合材料，這種辦法能提高材料的強(qiáng)度和剛度，可是又會出現(xiàn)加工成形困難、強(qiáng)度及塑性差和性能不穩(wěn)定等一系列問題，嚴(yán)重阻礙了這種材料的工程應(yīng)用。
“既然用物理方法從外面往鋁里摻陶瓷的路走不通了，我們又想了另外一個辦法——‘無中生有’，讓陶瓷自己從鋁里‘長’出來，這樣兩種材料就能相容了，如果再搞成納米，就把陶瓷的屬性真正加到了鋁里面，生成了一種渾然一體的新材料。”王浩偉說，他們最終采用了“原位自生技術(shù)”，通過熔體控制自生，陶瓷顆粒的尺寸由外加法的幾十微米降低到納米級，突破了外加陶瓷鋁基復(fù)合材料塑性低、加工難等應(yīng)用瓶頸。
這種納米陶瓷鋁合金重量輕，且具有高剛度、高強(qiáng)度、抗疲勞、低膨脹、高阻尼、耐高溫等特點(diǎn)，即使外來作用力‘泰山壓頂’，納米陶瓷鋁合金也能做到‘巋然不動’，可以稱得上是四兩‘扛’千斤了。
他介紹，該材料的研發(fā)到應(yīng)用，歷經(jīng)了30余年的漫長時間。從上世紀(jì)90年代，我國復(fù)合材料的創(chuàng)始人之一吳人潔教授最早提出采用“原位自生”方法算起，該材料的研制成功，凝聚了五代上交大材料人心血。
陶鋁新材料科研團(tuán)隊合影。上海交通大學(xué) 供圖
“現(xiàn)在已經(jīng)在軍工業(yè)得到了很多應(yīng)用，下一步希望能在民用領(lǐng)域有更大范圍應(yīng)用。”王浩偉說。
國產(chǎn)大飛機(jī)c919總設(shè)計師吳光輝表示，目前c919在擠壓型材等方面，很快就將應(yīng)用上海交大新研制的這種陶鋁新材料，“主要是減重，比已有的金屬材料都要好。”
吳光輝表示，目前還在板材和鍛件方面進(jìn)行中試，測試性能，如果可以未來將大面積使用，替代國外進(jìn)口材料，實(shí)現(xiàn)材料的國產(chǎn)化。
王浩偉說，相比鈦合金和高溫合金，鋁合金3D打印后性能遠(yuǎn)低于鍛件，納米陶瓷鋁合金3D打印構(gòu)件可以達(dá)到鍛件的性能。
此外，在汽車領(lǐng)域，轉(zhuǎn)向節(jié)上的應(yīng)用，已通過臺架試驗，內(nèi)燃機(jī)活塞也即將量產(chǎn)。
中國復(fù)合材料學(xué)會副理事長、西北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)教授成來飛高度評價該種材料的誕生，“在航空等領(lǐng)域，提供了全新的材料解決方案，在一些性能上甚至超越了鈦合金。”
8月4日，安徽省淮北市人民政府、上海交通大學(xué)、上海均瑤（集團(tuán)）有限公司、安徽相邦復(fù)合材料有限公司簽署“四方協(xié)議”，依托上海交大材料科學(xué)與工程學(xué)院王浩偉教授團(tuán)隊建設(shè)交大陶鋁新材料創(chuàng)新中心。
據(jù)新聞發(fā)布會介紹，該中心施行市場化運(yùn)作，將助力該種陶鋁新材料，在航空和汽車等百億以上級別的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。
相關(guān)新聞:記者從安徽淮北市人民政府獲悉，上海交通大學(xué)安徽陶鋁新材料研究院4日在淮北成立，上海交通大學(xué)超強(qiáng)納米陶鋁合金技術(shù)落地安徽，將在淮北投產(chǎn)，助力材料輕量化革命。
記者從上海交通大學(xué)了解到，項目依托的是上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院王浩偉教授團(tuán)隊的鋁里“長”陶瓷技術(shù)——超強(qiáng)納米陶鋁合金。陶瓷硬但易碎，鋁輕但太軟，王浩偉教授團(tuán)隊采用“原位自生技術(shù)”，通過熔體控制自生，讓納米級的陶瓷顆粒從鋁里“長出來”。
據(jù)悉，這樣生成的納米陶鋁合金同時具備了陶瓷的硬和鋁的輕，具有高剛度、高強(qiáng)度、抗疲勞、低膨脹、高阻尼、耐高溫等特點(diǎn)，即使外來作用力“泰山壓頂”，納米陶鋁合金也能做到“巋然不動”，有望帶動航空、汽車、高鐵領(lǐng)域步入更輕、更節(jié)能的新材料時代。
9月28日下午，淮北市推進(jìn)中國陶鋁峰建設(shè)暨陶鋁新材料應(yīng)用座談會在淮北礦業(yè)會議中心舉行。
中國科學(xué)院院士、新材料方面的泰斗級專家周堯和，上海交大電子信息與電氣工程學(xué)院黨委書記蘇躍增，上海交大材料科學(xué)與工程學(xué)院黨委書記單愛黨，上海交大教授、長江學(xué)者王浩偉，上海均瑤集團(tuán)總裁王均豪，中國宋慶齡基金會事業(yè)發(fā)展中心常務(wù)副主任陳月仙；市領(lǐng)導(dǎo)黃曉武、戴啟遠(yuǎn)、李明、方宗澤、沈光繼、諶偉、宰學(xué)明、朱浩東、顧文、孫勁飚、任東、李加玉等出席座談會。市委書記、市人大常委會主任黃曉武主持座談會。
