固体润滑、3D打印……不断占领科技制高点
近年来,围绕广东省战略性新兴产业、重点传统产业和高端装备制造业及国家重大工程对材料性能不断提升的要求,新材料所在航空航天、海洋工程、先进制造、轨道交通等领域,开展并形成了以热喷涂技术、真空镀膜技术、激光制造技术和表面分析检测技术为特色的四大研究专长和技术优势,不断抢占科技制高点。
热喷涂、真空镀膜……说起来似乎专业难懂,但其实,所有的“表面功夫”,无非都是给材料们穿上更耐高温、更耐摩擦、更抗腐蚀的外衣,让它们做到以前无法做到的事情。
代明江介绍,其中做得比较早的一个技术是固体润滑的涂层,叫类金刚石(DLC)。金刚石由碳元素组成,是自然界中天然存在的最坚硬的物质,甚至可以用来划玻璃。但一是自然界存量较少,二是很难制备,要在地底下经过高温高压的苛刻条件才能形成。新材料所沿着前人的足迹,做了一件事,改变了碳元素的排列结构,做出了类金刚石。
金刚石的结构很规整。类金刚石则是无定型的。虽然硬度比金刚石差一点,但可以在低温低压里合成。这样一来,不需要采用昂贵的钻石,工业制造里也有了几乎一样坚硬耐磨的“钻石替代品”。
比如用在纺织梭、模具、活塞环中,就利用了其耐磨的特性。以往,在工业生产中,机器要减少摩擦力一般用润滑油来解决,但有的地方不允许用油,而且油会挥发,也不稳定。因为碳元素摩擦系数小,阻力小,由碳元素组成的类金刚石就派上了用场,而且它是固体的,不会挥发,应用性更强,比如用在汽车发动机活塞环、易拉罐模具等需要润滑、耐磨的地方,立时就能延长使用寿命、提高效能。
激光制造技术也是新材料所的强项之一。在表面技术中,需要用到激光能量送粉,粉末融化后就跟表面连在一起了,送粉的过程也是分层的。后来激光技术被运用在3D打印里,新材料所也就自然而然地走到3D打印这个领域,金属3D打印出的假牙、人工关节等医疗用品和模具已经进入应用环节。
科技的发展,离不开科研人员的付出,更离不开科研体制的支撑。谈到目前的科研体制,代明江有很多感触,他认为,科研诚信制度的建立迫在眉睫,要减少项目检查,让科研人员把更多的时间、精力投入到科研工作里。国家目前也在推进,原来财务检查一拨人,结题的技术检查又是另一拨人,现在都要合并,小的项目也不用中期检查了,只要最后结题时检查一次。特别是2015年以来,广东省委省政府重组广东省科学院,在新的广东省科学院支持领导下,新材料所取得了长足的进步。
科技和市场完美结合
科技和市场并不是平行线,它们只有完美地接轨了,才能为社会创造最大的价值。
代明江介绍,新材料所从事一部分的应用基础研究,有很明确的应用对象,也把技术和研究的成果转化成工业化的技术和产品,这些年来转化得比较成功的行业除了航空,还有汽车、包装印刷行业。
在能源领域,新材料所也在发力。“我们把核聚变反应堆叫小太阳,预计 50年之后,我们就不用电站了,一个城市有一个核聚变反应堆就够了。而新材料所需要为小太阳开发具有高热导的金属铜涂层。”何谓“小太阳”?代明江形容了一个充满科幻色彩的场景:那是一个核心温度高达上亿摄氏度的反应堆,由于目前还没有任何材料能“包裹”住这个“小太阳”,只能以磁力让其悬浮在真空,然后当它边际温度降到数千摄氏度时,再用一种材料把它“包”住。这种材料,既要耐温——目前最耐热的材料当属钨,又要能导热——所以选择了铜,由钨和铜合力,让“小太阳”既能安全地发光发热,又能迅速把它的热能导出来为人类所用。
此外,新材料所还研究、开发了独特的涂层预处理(表面精密毛化预处理技术)及后加工技术,现场制作出了大面积、高精度和高可靠性的涂层,成功解决了大亚湾核电站九十万千瓦汽轮机气缸高压蒸气漏气的难题,保证了安全生产和提高了工效,每年直接经济效益达2000多万元,实现了核电关键装备的国内修复的突破,性能优于国外同行。这项技术已在广东、广西、江西各大电厂推广使用。
而针对全球最大的国际合作项目“国际核聚变反应堆”(ITER)提供了绝缘涂层技术,建立了相应的涂层质量体系,正在实施将绝缘涂层技术应用于该反应堆的十多种关键部件中。
