去年的某一天，“陶鋁”一詞突然火遍了我的朋友圈。關(guān)于陶鋁材料和王浩偉老師團(tuán)隊的文章登上了幾家主流的媒體。這預(yù)示著這種新材料以“陶鋁”的名稱走入了廣大民眾的視野，也說明該材料的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程進(jìn)入了一個新的篇章。
陶鋁是一種納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，又名納米陶瓷鋁合金，由上海交通大學(xué)以周堯和院士、王浩偉教授為代表的五代“材料人”合力攻堅30年研發(fā)而成，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，是具有國際領(lǐng)先水平的顛覆性原創(chuàng)設(shè)計。
早在本科時，我就學(xué)習(xí)過王浩偉老師講授的課程。在諸多專業(yè)課程的教師中，王老師屬于最受歡迎的幾人之一。那時的專業(yè)課似乎沒有如今如此之多的條條框框，于是在課堂上，老師們的風(fēng)格更為彰顯。有的老師沉迷于數(shù)學(xué)推導(dǎo)，變換間迸發(fā)的火花令他們喜形于色。有的老師喜歡引經(jīng)據(jù)典，帶著對先輩的虔誠諄諄布道。王老師的風(fēng)格則比較接地氣，夾敘夾議地將書本內(nèi)容與實(shí)踐案例有機(jī)結(jié)合，讓人產(chǎn)生我上我也行的莫名信心。也就是在這個課程中，我第一次接觸到了“原位自生”的概念。當(dāng)然，本著學(xué)生的呆氣，當(dāng)時也只是贊嘆了一下這個杰出的思想。至于如何工程實(shí)現(xiàn)，是否能夠工業(yè)推廣，本不是那個時代的我能夠想到的問題。
而后畢業(yè)、工作，雖在同一個學(xué)院，但因方向不同，與王老師的團(tuán)隊并沒有什么交集。直到2009年的到來。那一年，我的工作變更，來到學(xué)院的公共測試平臺，從此力學(xué)測試結(jié)下了不解之緣。從此在工作中時常與王老師團(tuán)隊的老師和學(xué)生們接觸，接觸中了解到他們依然從事著各類鋁基材料的制備研發(fā)。其中的一大類便是如今“陶鋁”的前身。
“陶鋁”在研發(fā)過程中并不叫做“陶鋁”，事實(shí)上我也是在那些新聞中第一次讀到這個名字。不過這個名字起得非常巧妙，朗朗上口且表達(dá)準(zhǔn)確。它是鋁又不是純粹的鋁，一個“陶”字點(diǎn)明了它的另一半基因。在材料學(xué)科中，陶瓷指的是無機(jī)非金屬材料，他們與金屬材料、高分子材料一起構(gòu)成了材料的三大門類。陶瓷的特征是高硬度和高熔點(diǎn)，金屬則以塑性及導(dǎo)熱導(dǎo)電見長。
人類很早就開始燒陶制瓷，博物館中的碟碟碗碗記述著那段輝煌。然而隨著青銅的出現(xiàn)，金屬漸漸受寵，它們更易加工且不易破碎。鋼鐵的登場近乎一統(tǒng)山河，不但陶瓷，其他金屬合金也被壓制了上千個年頭。工業(yè)革命使鋼鐵的輝煌達(dá)到巔峰，而其開啟的產(chǎn)業(yè)革新也讓一些全新的領(lǐng)域紛紛崛起。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，鋁、鎂、銅、鎳、鈦等合金終于在新的領(lǐng)域里找到了做主角的機(jī)會。而這一期間，陶瓷也不甘寂寞，不但在功能材料領(lǐng)域中大放異彩，在金屬無能為力的高溫領(lǐng)域也彰顯著自己獨(dú)特的魅力。
隨著科技的進(jìn)步，人們對于材料的期望也變得愈發(fā)苛刻。相關(guān)需求從簡單的一兩個關(guān)鍵詞變得長篇累牘。強(qiáng)度、硬度、屈強(qiáng)比，高溫、低溫、耐腐蝕，彎曲、扭轉(zhuǎn)、泊松比，蠕變、疲勞、內(nèi)應(yīng)力……當(dāng)材料的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)由經(jīng)濟(jì)適用變?yōu)樗饺擞喼疲虏牧系难邪l(fā)也變成了濃妝淡抹后的姻緣難求。于是乎，一些全新的加工方法粉墨登場，各種改性理論也紛紛出臺。這其中，便有人把目光再次移回原點(diǎn)，希望通過陶瓷與金屬的結(jié)合獲得恰當(dāng)?shù)男阅堋?br />
在金屬中加入陶瓷是很容易想到的方法，既不失金屬的柔韌又可通過陶瓷增強(qiáng)。這一流派被稱為金屬基復(fù)合材料，也正是我院擅長的方向之一。復(fù)合材料的理念最初來自纖維增強(qiáng)塑料，引入金屬后大家也從纖維著手研究。碳纖維以優(yōu)異的力學(xué)性能占據(jù)增強(qiáng)體的半壁江山，而納米材料的研究催生出增強(qiáng)體百花齊放時代的降臨。無論采用何種材料與形狀的增強(qiáng)體，一個問題始終揮之不去，那就是增強(qiáng)體與基體間如何完美結(jié)合。在實(shí)驗中我偶爾會見到屈服前斜率陡然偏轉(zhuǎn)的拉伸曲線，這時我便會問一下這是不是復(fù)合材料。若學(xué)生一臉茫然我便會補(bǔ)充一句，在這個點(diǎn)增強(qiáng)體與基體已經(jīng)產(chǎn)生了裂痕。解決這一問題也有許多不同的思路，不過若能讓陶瓷從金屬中長出那么結(jié)合自然就不再是問題。
陶瓷與金屬雖然性質(zhì)不同，卻可相互轉(zhuǎn)化。通過冶金可以從礦物中提取金屬，而通過化學(xué)反應(yīng)也可以由金屬生成陶瓷。它們正像是材料中的陰陽兩極，彼此相對卻又彼此相生。不禁讓人想起了三十六計中的瞞天過海：陰在陽之內(nèi)，不在陽之對，太陽，太陰。
其實(shí)在傳統(tǒng)的熱處理工藝中便已蘊(yùn)含著這樣的意味。以大家比較熟悉的鋼鐵為例。鐵碳相圖是材料學(xué)科中的經(jīng)典，與鐵相對在另一端的便是鋼中的強(qiáng)化相滲碳體Fe3C。通過不同的熱處理工藝我們可以控制滲碳體的形態(tài)和分布，從而使鋼得到我們需要的性能組合。于是我們聽到所謂的調(diào)質(zhì)處理，正是陶瓷（滲碳體）與金屬（鐵）的轉(zhuǎn)化使得性能在一定范圍內(nèi)成為可調(diào)。
聊聊“陶鋁”
原位生成的陶鋁材料其實(shí)也是類似的思路，只是其中的增強(qiáng)體并不像滲碳體那么自然而然。從這個意義上看，陶鋁之于鋁正如鋼之于鐵，其應(yīng)用推廣或者才剛剛開啟了它的萬里征途。不同組分的鋁合金都會有對應(yīng)的陶鋁材料，而同種陶鋁的性能也隨工藝變化而存在著一定的調(diào)質(zhì)空間。在鋼鐵中還存在著另一種不同的轉(zhuǎn)化，通過化學(xué)熱處理讓鋼的表面生成一層硬硬的陶瓷。沿著這個思路或者又可以開啟另一類陶鋁材料。與前者相比恰如武功中的內(nèi)家與外家。說來王老師也是位武林高手，一手太極打得是爐火純青。太極講究剛?cè)岵?jì)，以內(nèi)家為基礎(chǔ)最終內(nèi)外兼修。如今鋼鐵的加工正是這樣，每件成品都由內(nèi)而外步步為營?；蛘咛珍X的未來也是如此，畢竟較之應(yīng)用了數(shù)千年的鐵器，鋁的發(fā)展不過才一兩百年。也許我們今天就見證了這段歷史，見證了一類偉大材料的揚(yáng)帆起航。
陶鋁是一種納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，又名納米陶瓷鋁合金，由上海交通大學(xué)以周堯和院士、王浩偉教授為代表的五代“材料人”合力攻堅30年研發(fā)而成，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，是具有國際領(lǐng)先水平的顛覆性原創(chuàng)設(shè)計。
早在本科時，我就學(xué)習(xí)過王浩偉老師講授的課程。在諸多專業(yè)課程的教師中，王老師屬于最受歡迎的幾人之一。那時的專業(yè)課似乎沒有如今如此之多的條條框框，于是在課堂上，老師們的風(fēng)格更為彰顯。有的老師沉迷于數(shù)學(xué)推導(dǎo)，變換間迸發(fā)的火花令他們喜形于色。有的老師喜歡引經(jīng)據(jù)典，帶著對先輩的虔誠諄諄布道。王老師的風(fēng)格則比較接地氣，夾敘夾議地將書本內(nèi)容與實(shí)踐案例有機(jī)結(jié)合，讓人產(chǎn)生我上我也行的莫名信心。也就是在這個課程中，我第一次接觸到了“原位自生”的概念。當(dāng)然，本著學(xué)生的呆氣，當(dāng)時也只是贊嘆了一下這個杰出的思想。至于如何工程實(shí)現(xiàn)，是否能夠工業(yè)推廣，本不是那個時代的我能夠想到的問題。
而后畢業(yè)、工作，雖在同一個學(xué)院，但因方向不同，與王老師的團(tuán)隊并沒有什么交集。直到2009年的到來。那一年，我的工作變更，來到學(xué)院的公共測試平臺，從此力學(xué)測試結(jié)下了不解之緣。從此在工作中時常與王老師團(tuán)隊的老師和學(xué)生們接觸，接觸中了解到他們依然從事著各類鋁基材料的制備研發(fā)。其中的一大類便是如今“陶鋁”的前身。
“陶鋁”在研發(fā)過程中并不叫做“陶鋁”，事實(shí)上我也是在那些新聞中第一次讀到這個名字。不過這個名字起得非常巧妙，朗朗上口且表達(dá)準(zhǔn)確。它是鋁又不是純粹的鋁，一個“陶”字點(diǎn)明了它的另一半基因。在材料學(xué)科中，陶瓷指的是無機(jī)非金屬材料，他們與金屬材料、高分子材料一起構(gòu)成了材料的三大門類。陶瓷的特征是高硬度和高熔點(diǎn)，金屬則以塑性及導(dǎo)熱導(dǎo)電見長。
人類很早就開始燒陶制瓷，博物館中的碟碟碗碗記述著那段輝煌。然而隨著青銅的出現(xiàn)，金屬漸漸受寵，它們更易加工且不易破碎。鋼鐵的登場近乎一統(tǒng)山河，不但陶瓷，其他金屬合金也被壓制了上千個年頭。工業(yè)革命使鋼鐵的輝煌達(dá)到巔峰，而其開啟的產(chǎn)業(yè)革新也讓一些全新的領(lǐng)域紛紛崛起。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，鋁、鎂、銅、鎳、鈦等合金終于在新的領(lǐng)域里找到了做主角的機(jī)會。而這一期間，陶瓷也不甘寂寞，不但在功能材料領(lǐng)域中大放異彩，在金屬無能為力的高溫領(lǐng)域也彰顯著自己獨(dú)特的魅力。
隨著科技的進(jìn)步，人們對于材料的期望也變得愈發(fā)苛刻。相關(guān)需求從簡單的一兩個關(guān)鍵詞變得長篇累牘。強(qiáng)度、硬度、屈強(qiáng)比，高溫、低溫、耐腐蝕，彎曲、扭轉(zhuǎn)、泊松比，蠕變、疲勞、內(nèi)應(yīng)力……當(dāng)材料的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)由經(jīng)濟(jì)適用變?yōu)樗饺擞喼疲虏牧系难邪l(fā)也變成了濃妝淡抹后的姻緣難求。于是乎，一些全新的加工方法粉墨登場，各種改性理論也紛紛出臺。這其中，便有人把目光再次移回原點(diǎn)，希望通過陶瓷與金屬的結(jié)合獲得恰當(dāng)?shù)男阅堋?br />
在金屬中加入陶瓷是很容易想到的方法，既不失金屬的柔韌又可通過陶瓷增強(qiáng)。這一流派被稱為金屬基復(fù)合材料，也正是我院擅長的方向之一。復(fù)合材料的理念最初來自纖維增強(qiáng)塑料，引入金屬后大家也從纖維著手研究。碳纖維以優(yōu)異的力學(xué)性能占據(jù)增強(qiáng)體的半壁江山，而納米材料的研究催生出增強(qiáng)體百花齊放時代的降臨。無論采用何種材料與形狀的增強(qiáng)體，一個問題始終揮之不去，那就是增強(qiáng)體與基體間如何完美結(jié)合。在實(shí)驗中我偶爾會見到屈服前斜率陡然偏轉(zhuǎn)的拉伸曲線，這時我便會問一下這是不是復(fù)合材料。若學(xué)生一臉茫然我便會補(bǔ)充一句，在這個點(diǎn)增強(qiáng)體與基體已經(jīng)產(chǎn)生了裂痕。解決這一問題也有許多不同的思路，不過若能讓陶瓷從金屬中長出那么結(jié)合自然就不再是問題。
陶瓷與金屬雖然性質(zhì)不同，卻可相互轉(zhuǎn)化。通過冶金可以從礦物中提取金屬，而通過化學(xué)反應(yīng)也可以由金屬生成陶瓷。它們正像是材料中的陰陽兩極，彼此相對卻又彼此相生。不禁讓人想起了三十六計中的瞞天過海：陰在陽之內(nèi)，不在陽之對，太陽，太陰。
其實(shí)在傳統(tǒng)的熱處理工藝中便已蘊(yùn)含著這樣的意味。以大家比較熟悉的鋼鐵為例。鐵碳相圖是材料學(xué)科中的經(jīng)典，與鐵相對在另一端的便是鋼中的強(qiáng)化相滲碳體Fe3C。通過不同的熱處理工藝我們可以控制滲碳體的形態(tài)和分布，從而使鋼得到我們需要的性能組合。于是我們聽到所謂的調(diào)質(zhì)處理，正是陶瓷（滲碳體）與金屬（鐵）的轉(zhuǎn)化使得性能在一定范圍內(nèi)成為可調(diào)。
聊聊“陶鋁”
原位生成的陶鋁材料其實(shí)也是類似的思路，只是其中的增強(qiáng)體并不像滲碳體那么自然而然。從這個意義上看，陶鋁之于鋁正如鋼之于鐵，其應(yīng)用推廣或者才剛剛開啟了它的萬里征途。不同組分的鋁合金都會有對應(yīng)的陶鋁材料，而同種陶鋁的性能也隨工藝變化而存在著一定的調(diào)質(zhì)空間。在鋼鐵中還存在著另一種不同的轉(zhuǎn)化，通過化學(xué)熱處理讓鋼的表面生成一層硬硬的陶瓷。沿著這個思路或者又可以開啟另一類陶鋁材料。與前者相比恰如武功中的內(nèi)家與外家。說來王老師也是位武林高手，一手太極打得是爐火純青。太極講究剛?cè)岵?jì)，以內(nèi)家為基礎(chǔ)最終內(nèi)外兼修。如今鋼鐵的加工正是這樣，每件成品都由內(nèi)而外步步為營?；蛘咛珍X的未來也是如此，畢竟較之應(yīng)用了數(shù)千年的鐵器，鋁的發(fā)展不過才一兩百年。也許我們今天就見證了這段歷史，見證了一類偉大材料的揚(yáng)帆起航。
