上交大研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)新型材料，并與多家企業(yè)合作搭建生產(chǎn)應(yīng)用平臺(tái)，極大推進(jìn)我國航空航天材料的發(fā)展和落地。

近日，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(duì)研究出超強(qiáng)納米陶瓷鋁合金，其強(qiáng)度和比剛度甚至超過“太空金屬”鈦合金，有助于將航空航天、高鐵等領(lǐng)域帶入更輕、更節(jié)能的新材料時(shí)代。

如表所示，伴隨著實(shí)際應(yīng)用的需求，航天航空的材料發(fā)展逐步向輕質(zhì)、高強(qiáng)度逼近。目前，航空航天結(jié)構(gòu)材料主要有鋁合金、鈦合金、纖維復(fù)合材料和高溫結(jié)構(gòu)材料。

在航空航天器機(jī)體結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用上，近100年來，鋁合金都一直長盛不衰。特別是20世紀(jì)80年代末以來，隨著飛行器損傷容限和耐久性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則逐漸形成，對材料的強(qiáng)度、斷裂韌性、耐蝕性、抗疲勞等綜合性能提出了更高要求。鋁合金因其具有質(zhì)量輕、易加工、抗腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，且比強(qiáng)度高于很多合金鋼，故而成為理想的結(jié)構(gòu)材料。

鈦也是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，相較于鋁合金，鈦合金的強(qiáng)度、耐蝕性和耐熱性都要更好。20世紀(jì)50～60年代，主要是發(fā)展航空發(fā)動(dòng)機(jī)用的高溫鈦合金和機(jī)體用的結(jié)構(gòu)鈦合金?，F(xiàn)在，鈦合金的多功能研究與應(yīng)用也是目前航空航天領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。

相對于鋁、鋼等金屬結(jié)構(gòu)材料，碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料具有極高的比強(qiáng)度和比剛度，目前是一種理想的輕質(zhì)高強(qiáng)度航空航天結(jié)構(gòu)材料。同鋁合金相比，用碳纖維復(fù)合材料制造的飛機(jī)結(jié)構(gòu)，減重效果可達(dá)20%～40%。

盡管針對航空航天領(lǐng)域的不同需求，分別有不同的材料可以采用，但航空航天材料性能和質(zhì)量要求極端嚴(yán)格、產(chǎn)品制造技術(shù)復(fù)雜、成本始終居高不下，這些都嚴(yán)重制約著材料的應(yīng)用和發(fā)展。由于飛行器要在各種極端環(huán)境條件下飛行，其材料所涉及的技術(shù)問題非常復(fù)雜，是材料領(lǐng)域爭相研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。

為進(jìn)一步優(yōu)化現(xiàn)有材料的特性，上海交通大學(xué)的團(tuán)隊(duì)開始研究往鋁里“摻”陶瓷。對此，王浩偉教授表示，鋁很輕，但強(qiáng)度和硬度不高；而陶瓷的硬度比鋼鐵更優(yōu)，因此二者相結(jié)合，制作出來鋁基復(fù)合材料重量輕、硬度大、有韌性又不易斷裂變形。

王浩偉教授介紹，團(tuán)隊(duì)最終采用了“原位自生技術(shù)”，通過熔體控制自生，陶瓷顆粒的尺寸從幾十微米降低到納米級，突破了國際傳統(tǒng)方法外加陶瓷鋁基復(fù)合材料塑性低、加工難等應(yīng)用瓶頸。

據(jù)悉，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)，已在航天、汽車、先進(jìn)電子設(shè)備領(lǐng)域得到了應(yīng)用。王浩偉教授表示，目前納米陶瓷鋁合金已經(jīng)應(yīng)用于天宮一號(hào)、天宮二號(hào)、量子衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星等關(guān)鍵部件。

據(jù)了解，因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)合材料有限公司的四方合作，納米陶瓷鋁合金的成果終落地。

對此，上海交大先進(jìn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院院長劉燕剛說：“如今的四方合作將搭建一個(gè)有利于納米陶瓷鋁合金拓展應(yīng)用的市場化運(yùn)作平臺(tái)，建立具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的材料生產(chǎn)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造工藝以及使用標(biāo)準(zhǔn)等成套體系。”

此次，上海交通大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)對航空航天材料及其制備技術(shù)的突破，無疑對現(xiàn)代材料技術(shù)有著極強(qiáng)的引領(lǐng)和促進(jìn)作用。

最后，記得關(guān)注微信公眾號(hào)：鎂客網(wǎng)（im2maker），更多干貨在等你！