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最近，烯烴碳鋁合金鑄錠在上海內(nèi)碳金屬基復(fù)合材料工程中心生產(chǎn)線上成功下線，標志著這種新型高端復(fù)合材料中試成功，解決了傳統(tǒng)鋁合金剛度弱的問題，將推動我國航空、高速鐵路、汽車等高端制造領(lǐng)域進入輕量化時代。
根據(jù)綠色和低碳的概念，輕量化已成為高端制造領(lǐng)域的一個新的發(fā)展方向。鋁合金因其密度低、比強度高、易于加工和成形等優(yōu)點而得到越來越廣泛的應(yīng)用。飛機和高速鐵紛紛穿上鋁合金"外套".例如，國內(nèi)大型飛機C 919采用鋁鋰合金自重，鋁鋰合金在機體結(jié)構(gòu)中所占比例為7.4%。鋁合金"涂層"，雖然輕，但易變形，因為材料太軟，一旦車輛加速，其變形就會超過安全極限。通過添加各種材料來彌補鋁鋰合金、鋁陶瓷合金等的強度，將碳納米管、石墨烯等新的強化相引入到鋁合金中更為流行。
上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院張荻教授告訴記者，碳納米管和石墨烯具有優(yōu)異的力學(xué)性能，其密度僅為鋼的1：6，但強度是鋼的100倍，硬度接近自然界中最堅硬的金剛石，只有少量的碳納米管和石墨烯才能均勻地分散到鋁合金基體中，昂貴的合金元素可以部分替代，強度、剛度等力學(xué)性能也能得到很大改善。
早在1997年，日本科學(xué)家就開始了碳納米管增強鋁基復(fù)合材料的研究，在過去的十年里進展緩慢。張荻解釋說，碳納米管的直徑小于頭發(fā)的1%，石墨烯的厚度小于頭發(fā)的0.1%，很難將它們分散在鋁合金中而不造成損傷。為了克服這一困難，張荻要求獲得自然的靈感。他利用"珍珠之母"的層合結(jié)構(gòu)，開發(fā)了"微納米層合粉末冶金"，這是一種新穎的仿生復(fù)合技術(shù)：鋁先制成微納米片狀粉末，然后在微觀尺度上與碳納米管和石墨烯均勻結(jié)合形成"磚"，然后通過過程控制，像墻一樣形成"磚塊"層合烯炭鋁基復(fù)合材料。
為了通過新技術(shù)改造的道路，上海交通大學(xué)和上海石墨烯工業(yè)技術(shù)功能平臺組成了上海烯-碳金屬基復(fù)合材料工程中心，并開始了產(chǎn)品中試。為了適應(yīng)工程的核心設(shè)備類型壓力機，石墨烯平臺為工程提供了600平方米和11米高的廠房，并對基礎(chǔ)和電路進行了改造。他們還從世界上各種石墨烯粉末中選擇了最合適的一種添加到鋁合金中。到目前為止，工程中心已形成年產(chǎn)20噸的中試生產(chǎn)線，每單位重量可生產(chǎn)鋼錠0.5噸，并研制出中強度、高強度、超高強度等系列高模量烯碳鋁合金。
據(jù)悉，烯碳鋁合金從技術(shù)制備到生產(chǎn)設(shè)備具有完整的自主知識產(chǎn)權(quán)，替代現(xiàn)役鋁合金構(gòu)件預(yù)期可減重 10% 到 30%，綜合性能水平世界領(lǐng)先。目前，上海烯碳金屬基復(fù)合材料工程中心已聯(lián)合中航工業(yè)、中航科技、中國中車等單位，開展烯碳鋁合金在飛機、航天運載器結(jié)構(gòu)、" 標準動車組 " 列車、新能源汽車等裝備上的應(yīng)用驗證。