最近，上海交通大學爆出一個特大科技新聞，上海交通大學材料科學與工程學院王浩偉教授團隊讓鋁里“長”出陶瓷，打造了一個納米陶瓷鋁合金。這不是一個普通的材料，是中國原創，獨一無二的新材料。今天它已經被使用在天宮一號、天宮二號、量子衛星、氣象衛星等關鍵部件。翱翔于太空。

    上海交大王浩偉教授展示納米陶瓷鋁合金材料模件

    今天我們就來科普一下：

    我們以往都知道鈦合金材料和碳纖維材料具備強大能力。納米陶瓷鋁合金比前兩者還要強大！！

    先來說說工業上使用廣泛的鈦合金。

    鈦是20世紀50年代發展起來的一種重要的結構金屬，鈦合金是以鈦為基礎加入其他元素組成的，合金鈦合金很輕，強度高而密度又小，機械性能好，韌性和抗蝕性能等特點而被廣泛用于各個領域。

    鈦合金的工藝性能差，切削加工困難，在熱加工中，非常容易吸收氫氧氮碳等雜質。還有抗磨性差，生產工藝復雜。

    美國1948年服役的F-86戰斗機是在飛機結構中首次使用鈦合金的。它在后機身隔熱板、導風罩和機尾罩等非承力部件上應用了鈦合金，約占結構重量的1%。1957年，美國貝爾X-15試驗機使用的鈦合金占結構重量的17.5%。目前，使用鈦合金最多的當屬美國3倍音速的高空高速偵察機SR-71。其鈦合金用量占結構的93%，號稱“全鈦飛機”。

    但是鈦合金有致命的缺點，工藝性能差，切削加工困難，在熱加工中，非常容易吸收氫氧氮碳等雜質。還有抗磨性差，生產工藝復雜。鈦合金無法承受3D打印，如果將其進行3D打印，其性能遠遠低于鍛件。

    再來看看碳纖維。

    碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維“外柔內剛”，質量比金屬鋁輕，但強度卻高于鋼鐵，具有耐腐蝕、耐油、高模量、抗輻射、抗放射、吸收有毒氣體等優點，在國防軍工和民用方面都是重要材料。

    根據相關報道，新一代大型民用客機空客A380和波音787使用了約為50%的碳纖維復合材料。波音777飛機利用碳纖維做結構材料，波音787的機身也采用碳纖維，這使飛機飛得更快，油耗更低，同時能增加客艙濕度，讓乘客更舒適。空客也在他們的飛機上使用了大量的碳纖維，碳纖維被大量應用在新型客機A380上。這使飛機機體的結構重量減輕了20%，比同類飛機可節省20%的燃油，從而大幅降低了運行成本、減少二氧化碳排放。

    2016年2月哈爾濱天順化工科技開發有限公司突破日本管制封鎖研制出高性能碳纖維。

    那么中國研發的新材料有什么特點呢？

    在我們的印象中，陶瓷很脆，一摔就碎；鋁很軟，一掰就彎——這是普通人對于陶瓷和鋁這兩種材料的印象。那么中國科學家怎么能把這種材料變成了大力士呢？

    他們拋棄了國際上過去的往“鋁”里摻陶瓷的傳統的生硬做法。

    而是別具匠心，另辟蹊徑，上世紀90年代，我國復合材料創始人，上海交大金屬基復合材料國家重點實驗室創建者吳人潔教授，第一次提出用化學方法在鋁合金中“長出陶瓷”，來制備鋁基復合材料，王浩偉教授又再接再厲，從納米尺度，把陶瓷的屬性注入到鋁中去。這才打造了一種新材料！陶鋁新材料的剛強程度超過了鈦合金，但是加工成本只有鈦合金的五分之一。而且它在3D打印后構件可以達到鍛件的水平，不像鈦合金一樣無法經歷3D打印。

    是不是非常贊！

    上海交大的教授說了，為了保證飛行安全，民用客機的機體結構材料對抗腐蝕、抗疲勞性要求極高，為了使飛機安全、經濟、舒適、環保，重量輕、抗腐蝕、耐疲勞的鋁鋰合金材料和碳纖維復合材料是目前新一代飛機研制較為理想的結構材料。而中國原創的納米陶瓷鋁合金材料則具有更大的減重潛力，而且工藝性好、成本低，有望成為下一代航空新材料，使國產大飛機更輕快、更安全地在藍天翱翔。

    事實上，這項研究早已經進入產業化，2013年，安徽省淮北市政府從土地、資金、政策、人才等進行了多方支持，形成了具有年產千噸級中試及生產基地，并成立了安徽相邦復合材料有限公司，使納米陶瓷鋁合金材料的量產能力能滿足在航天、航空、汽車等領域大規模應用的需求。2015年，上海交大與上海均瑤（集團）有限公司合作建設聯合研發中心，使納米陶瓷鋁合金迅速進入航空和汽車等百億以上級別的產業領域。

    事實上，中國還有很多高科技的新成果，都已經從實驗室走入產業界，只是還沒有向公眾透露，我們的驚喜還會有很多很多！！

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責任編輯：王元

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