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院士專家把脈金屬復合材料發展新趨勢

來源:[原創]  作者:[admin]  日期:[2021-05-31 10:35:33]

 5月14~15日,2021國際層狀金屬復合材料論壇暨第六屆中國鋁基復合材料技術與應用研討會在上海召開。本屆論壇由上海市有色金屬學會和上海有色金屬行業協會發起組織,上海交通大學、上海應用技術大學、上海理工大學、太原理工大學共同主辦。30余名金屬復合材料領域的學者、專家作精彩報告,分享本領域前沿的技術與成果,和與會代表共同研討層狀金屬復合材料的新發展、新技術、新產品、新工藝和新市場。

  超導技術應用將不斷拓展

  超導技術被譽為21世紀具發展潛力的戰略性新興產業,在電力、能源、醫療、國防、交通和大科學裝置等領域具有廣泛應用前景。其中,超導技術在電力行業的應用可望提升電力工業的發展水平和促進電力行業的重大變革,發展趨向明顯。

  會上,中國工程院院士黃崇祺作了題為《中國高溫超導電纜及產業化發展》的主題報告,介紹了超導電纜發展現狀、未來發展趨勢及技術創新方向,并就行業發展提出了建議。目前,國內高溫超導電纜的研究發展進程已經進入第三階段,即高溫超導電纜示范性工程項目研究階段。近年來,國內已相繼在寶鋼、徐家匯、廣東深圳、江蘇同里等地開展了多個高溫超導電纜示范性工程項目。

  黃崇祺院士指出,超導技術的發展為我國提供了“跨越式發展”的重大機遇。未來,伴隨著超導材料、低溫配套、電纜制造等技術的不斷發展,產業規模的壯大,超導電纜的成本會大幅下降,以超導電纜為代表的超導儲能、超導限流器、超導變壓器等新型超導電力設施的應用將不斷拓展。尤其是超導電纜具有損耗低、容量大、體積小、等優點,有望在改造和擴容、人口密集區的電力設施建設、超電網以及常規技術難以解決的特定場合獲得工程應用及推廣。

  陶鋁新材料輕量化變革

  輕量化是結構材料永恒的主題。在航天領域,每減重一公斤發射成本可節約50萬美元;航空領域,減重1%可節約300~600萬美元/年;交通領域,汽車自重每減少10%,燃油消耗可降低6%~8%,排放降低5%~6%。

  上海交通大學教授王浩偉介紹了該團隊研發的擁有自主知識產權的陶鋁新材料——納米陶瓷顆粒增強鋁基復合材料。陶鋁新材料采用了“原位自生技術”,在鋁熔體中加入組成陶瓷的基本元素合成陶瓷顆粒,將陶瓷顆粒的尺寸降低到納米級,突破了鋁基復合材料塑性差、強而不韌、加工難等應用瓶頸,實現了鋁基復合材料強度、剛度、塑性和疲勞極限的提升。

  陶鋁新材料具有高強輕質、耐溫耐勞、減震低脹、易工易塑的特點。目前,陶鋁新材料已成功在航天器關鍵構件,以及大型客機的地板支撐梁、飛機蒙皮等部件上得到應用,實現了對國外產品的替代,有望解決我國鋁合金板材可能面臨的“卡脖子”問題。此外,陶鋁新材料在汽車轉向節、副車架等部件上也得到了工業化應用,可降低汽車自身重量,助力汽車輕量化。

  王浩偉介紹,目前,已經建成的年產2.3萬噸陶鋁新材料全自動鑄錠生產線、2.7萬噸半連續鑄錠生產線、500噸鑄軋桿生產線、100噸制粉生產線,具備了年產1000件特鑄零件和30噸精密鑄件、80萬只活塞、26萬臺套電池托盤等汽車零部件的生產能力。20萬套副車架生產線也計劃于今年達產。二期汽車輕量化零部件生產線、全自動活塞生產線等也正在建設中。

  加強基礎研究 拓展連接技術應用

  基礎研究是科技創新之源,基礎研究的長期積累為新材料的創新與發展奠定了可靠的基礎。多年來,上海交通大學金屬基復合材料國家重點實驗室張荻教授團隊,致力于在金屬基復合材料的理論研究和科學實驗。近年來,該實驗室通過從單組元逐級構建多元體系物相生成熱力學和粘著功模型,以及形變加工機制,提出了高強韌金屬基復合材料的構型化復合理論,推出了納米碳增強鋁基微納磚砌構型化復合材料,在航空、航天和國防領域得到了廣泛應用。

  連接技術是異種材料構成連接結構的關鍵,新技術的發展與應用不斷為異種材料的連接提供著新的技術保障。本屆論壇特別邀請了國內從事焊接技術的哈爾濱工業大學和中科院上海光學精密機械研究所,就異種金屬材料連接新技術如激光焊接、電子束焊接和超聲波焊接等進行了演講,為與會者拓展層狀金屬復合材料新用途提供了有效的保障。

  挑戰與機遇并存 發展前景看好

  經過20多年的研究和開發,金屬基復合材料在制備方法、生產裝備、復合理論研究和應用開發等方面已經取得了豐富的成果,但也面臨著質量發展水平不平衡、同質化嚴重、生產能力不足等挑戰,一些材料仍依賴進口。

  中國建筑材料聯合會金屬復合材料分會劉婷婷指出,盡管中國鋁塑板產量已經占全球的95%以上,中國也是上大的鋁單板生產國和消費國,但還有一些產品如連續陽極氧化鋁卷材,寬幅鈦鋁、銅鋁復合卷材等大量依賴進口。

  上海電纜研究所博士姚大偉指出,目前我國在精密電子器件用超純銅銀合金、電子封裝用金銀復合鍵合絲以及鎳鉻精密電阻合金等關鍵導電材料的高純凈冶金以及超長微細絲、箔材制備技術等方面與國際水平有明顯的差距,已成為制約我國電子信息行業發展的主要瓶頸之一。

  隨著新一代信息技術及新興產業的發展,對于復合材料的要求也在不斷提高。姚大偉表示,未來5年是國家實施發展、調整產業結構、推動制造業轉型升級的關鍵時期,新一代信息技術、航空航天裝備等領域的發展,為金屬復合材料產業提供了廣闊的市場空間,也對材料質量性能、保障能力等提出了更高的要求。“在緊密跟蹤國際研究進展的基礎上,推動國內的銅合金材料研究,深入挖掘材料的性能和特點,發揮材料性能優勢,擴大應用領域是十分有必要的。”他說道。

  江蘇中色復合材料有限公司總經理尚鄭平指出,層狀金屬基復合材料產業需要進一步加強基礎研究與應用開發,以及基礎研究與實際生產的相結合,以市場需求為導向,協同推動實驗室技術研究產業化與現有生產技術的升級換代,不斷提升我國層狀金屬基復合材料的質量與國際競爭力和影響力,為戰略新興產業快速發展提供保障。“未來十年是復合材料和新技術共同崛起的時代。”他說道。

  本屆論壇組委會總執行長彭惠紅表示,希望本屆論壇對鋁基復合材料領域的技術創新、新材料應用、工藝技術優化、生產裝備升級和材料應用發展趨勢的深入研討,能推進全球包括層狀在內的金屬復合材料制造技術的發展、產業化進程加快和新產品的廣泛應用。

 

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