[上海科技报·头版]上海交大五代“材料人”合力攻坚30年，助推“材料轻量化革命”
上海交大材料科学与工程学院教授王浩伟领衔的科研团队坚持科研攻关30年，研制出超强纳米陶瓷铝合金，其强度和刚度超过太空金属——钛合金，有望让航空、汽车、高铁等领域步入更轻、更节能的新材料时代。王浩伟说：“结构性材料最轻的是铝，最硬的是陶瓷，但是让二者完美结合是极其困难的事情。我们用‘野路子’让铝‘长’出陶瓷来。”
无中生有——铝里“长”陶瓷
铝很轻，有韧性，铝合金材料可以使手机、电脑变得更加轻薄、便携；但铝的“弱点”明显：太软，易变形、也易断裂。
陶瓷比钢铁还硬，但缺点是很容易碎。如果把陶瓷的属性掺到铝里，制作出来的材料会不会具有二者的优点？人们在这方面有许多探索，目前，国际上传统方法是先把陶瓷制成颗粒或纤维，然后用搅拌铸造或粉末冶金的方法混入铝合金中，获得铝基复合材料。这种办法能提高材料的强度和刚度，可是又会出现加工成形困难、强度及塑性差和性能不稳定等问题。
“既然用物理方法从外面往铝里掺陶瓷的路走不通，我们又想了另外一个办法——‘无中生有’，让陶瓷自己从铝里‘长’出来。这样两种材料就能相容了，如果再搞成纳米，就把陶瓷的属性真正加到了铝里面，生成一种浑然一体的新材料。”王浩伟介绍说，他们最终采用“原位自生技术”，通过熔体控制自生，陶瓷颗粒的尺寸由外加法的几十微米降低到纳米级，突破了外加陶瓷铝基复合材料塑性低、加工难等应用瓶颈。
这种纳米陶瓷铝合金重量轻，且具有高刚度、高强度、抗疲劳、低膨胀、高阻尼、耐高温等特点。据介绍，由于是基础材料的创新，因此，新材料的应用领域未来会相当广泛。
助国产大飞机更轻快翱翔
复合材料是航空材料领域争夺的技术高地。为了保证飞行安全，民用客机的机体结构材料对抗腐蚀、抗疲劳性要求极高。为了使飞机安全、经济、舒适、环保，重量轻、抗腐蚀、耐疲劳的铝锂合金材料和碳纤维复合材料是目前新一代飞机研制较为理想的结构材料。王浩伟团队研制的纳米陶瓷铝合金具有更大减重潜力，而且工艺性好、成本低，有望成为下一代航空新材料，使国产大飞机更轻快、更安全地在蓝天翱翔。
一代材料，一代飞机。纳米陶瓷铝合金新材料的性能明显优于现在普遍用在飞机上的铝锂合金材料。中国商用飞机有限责任公司副总经理、C919大型客机总设计师吴光辉说：“与交大合作开展的以纳米陶瓷铝合金为飞机型材的研究已进入中试阶段，非常期待下一步推广到板材等更多领域。”
“相比钛合金和高温合金，铝合金3D打印后性能远低于锻件，纳米陶瓷铝合金3D打印构件可以达到锻件的性能。我们正加紧和中国商飞、中国商发合作，助推国产大飞机用上这种具有中国自主知识产权的新材料。”王浩伟表示，目前纳米陶瓷铝合金已经用于天宫一号、天宫二号、量子卫星、气象卫星等关键部件翱翔于太空。同时，应用于内燃机活塞和汽车关键部件，不仅能有效减重，还可以节能减排、提高安全性。
四方合作让成果转化提速
如何让纳米陶瓷铝合金尽快走出实验室，为社会创造更大价值？今年8月4日，安徽省淮北市人民政府、上海交通大学、上海均瑶（集团）有限公司、安徽相邦复合材料有限公司签署“四方协议”，依托上海交大材料科学与工程学院王浩伟教授团队建设交大陶铝新材料创新中心。
据悉，长期以来，上海交大就对王浩伟团队的纳米陶瓷铝合金项目给予了大力支持，同时也积极对外寻找成果落地转化的合作条件。2013年，安徽省淮北市政府从土地、资金、政策、人才等方面给予支持，形成了具有年产千吨级中试及生产基地；并成立了安徽相邦复合材料有限公司，使纳米陶瓷铝合金材料的量产能力能满足在航天、航空、汽车等领域大规模应用的需求。2015年，上海交大与上海均瑶（集团）有限公司合作建设联合研发中心，使纳米陶瓷铝合金迅速进入航空和汽车等百亿元以上级别的产业领域。在航空领域，王浩伟团队已在航发、商发开展多种航空发动机叶片试验，与中国商飞实现深度合作，剑指“新一代航空材料”。在汽车领域，转向节已通过台架试验，内燃机活塞也即将量产。
“我们需要为科研成果开辟一条‘绿色通道’，并形成有成效、可复制的经验，让越来越多的成果不是被锁在实验室里‘束之高阁’，而是走向产业化，产生更大的社会价值。”上海交大副校长吴旦介绍说，这条促进科技成果转化的“绿色通道”，上海交大已经铺设了十几年。
来源：《上海科技报》 2017.08.08 第A01版 头版