鋁基復(fù)合材料在中國(guó)自主制造的飛機(jī)中的應(yīng)用
航空航天領(lǐng)域先進(jìn)復(fù)合材料的應(yīng)用及其加工水平是一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力和科技水平高低的體現(xiàn)。鋁基復(fù)合材料在中國(guó)自主制造的飛機(jī)中已獲得較為廣泛的應(yīng)用，為飛行器質(zhì)量的減輕與性能的提高作出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)，現(xiàn)舉幾起應(yīng)用實(shí)例如下：
CR929寬體客機(jī)復(fù)合材料前機(jī)身全尺寸筒段下線
CR929遠(yuǎn)程寬體客機(jī)是中俄聯(lián)合研制的雙通道民用飛機(jī)。據(jù)中國(guó)商用飛機(jī)有限公司發(fā)布的官方公告稱(chēng)，2018年12月26日，CR929項(xiàng)目復(fù)合材料15m×6m前機(jī)身攻關(guān)全尺寸簡(jiǎn)段順利下線，這是又一次突破性進(jìn)展，是繼11月6日CR929寬體客機(jī)首次亮相中國(guó)珠海航展之后又一階段性成果，標(biāo)志著CR929項(xiàng)目復(fù)合材料結(jié)構(gòu)向前邁出了重要一步。
這次下線的鋁基復(fù)合材料機(jī)身筒段長(zhǎng)15m、直徑6m，環(huán)向壁板分為4塊，由縱縫拼接而成，單塊最大壁板長(zhǎng)15m，弧長(zhǎng)約6m，最大框弧長(zhǎng)約6m。機(jī)身段結(jié)構(gòu)由壁板、框、長(zhǎng)桁、客貨艙門(mén)框、旅客觀察窗、客貨艙地板等組成，壁板、框等零件尺寸大、整體化程度高、制造難度大。
2017年5月22日，中俄遠(yuǎn)程寬體客機(jī)研制項(xiàng)目合資公司——中俄國(guó)際商用飛機(jī)有限責(zé)任公司在中國(guó)商飛公司正式掛牌成立，中國(guó)商用飛機(jī)有限責(zé)任公司董事長(zhǎng)金壯龍?jiān)趻炫苾x式上說(shuō)：“合資公司的掛牌標(biāo)志著中俄遠(yuǎn)程寬體客機(jī)項(xiàng)目取得重要進(jìn)展。我們將按照最新國(guó)際主流適航標(biāo)準(zhǔn)，推出更有競(jìng)爭(zhēng)力的遠(yuǎn)程寬體客機(jī)，努力為客戶提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，為世界航空市場(chǎng)作出新的貢獻(xiàn)?！?/span>
俄羅斯聯(lián)合航空制造集團(tuán)總裁尤里·斯柳薩里說(shuō)：“合資公司的成立使該項(xiàng)目邁出了重要的務(wù)實(shí)的一步，是俄中雙方?jīng)Q心長(zhǎng)期合作，力求取得項(xiàng)目成功的見(jiàn)證?！倍矸奖硎?，計(jì)劃2023年首飛，預(yù)計(jì)2026年左右可完成認(rèn)證和首次交付。
在中俄國(guó)際商用飛機(jī)有限責(zé)任公司中，中俄雙方各占50%股份。此項(xiàng)目將一直持續(xù)到2045年，在此期間計(jì)劃出售約800架。波音和空中客車(chē)的俄中競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手被命名為CR929，字母C和R分別代表中國(guó)和俄羅斯，但中國(guó)在這個(gè)名稱(chēng)中所占的份量更重些，因?yàn)橹袊?guó)將消化大多數(shù)所產(chǎn)的飛機(jī)。9在中國(guó)文化中有永久之意，2是項(xiàng)目的實(shí)際編號(hào)。
CR929遠(yuǎn)程干線寬體客機(jī)的LOGO為一對(duì)機(jī)翼圖案，代表精誠(chéng)合作，兩翼齊飛，紅色機(jī)翼代表中國(guó)，藍(lán)色機(jī)翼代表俄羅斯。280座基本型CR929飛機(jī)的售價(jià)為1.135億美元~1.178億美元。與之相比的，波音B787-8的2.22億美元，B787-9的為2.64億美元，B787-10的為3億美元。由此可見(jiàn)，中俄飛機(jī)的價(jià)格約比美國(guó)的便宜50%，不但俄羅斯和中國(guó)民航公司可以節(jié)約大量購(gòu)置飛機(jī)資金，而且在國(guó)際市場(chǎng)上也應(yīng)當(dāng)有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
CR929的可行性研究早已完成，初步設(shè)計(jì)也于2018年接近尾聲，已進(jìn)入征詢(xún)系統(tǒng)和設(shè)備供應(yīng)商意見(jiàn)。
法國(guó)希望參與中俄CR929大飛機(jī)項(xiàng)目，法國(guó)民航總局國(guó)際合作司司長(zhǎng)貝特朗·德拉軋于2018年12月17日在俄法經(jīng)濟(jì)財(cái)政與工商業(yè)委員會(huì)第24次會(huì)議期間向塔斯社表示，法國(guó)希望參與俄中合建遠(yuǎn)程寬體客機(jī)CR929的建造。他說(shuō)：“法國(guó)對(duì)與俄中一同參與飛機(jī)制造項(xiàng)目很感興趣，在2018年11月舉行的珠海航展上向中國(guó)伙伴表明了意向。中方伙伴同樣對(duì)法國(guó)企業(yè)參與這一項(xiàng)目表現(xiàn)出了很大興趣。
中俄國(guó)際商用飛機(jī)有限責(zé)任公司表示，目前是為CR929選擇供應(yīng)商的階段?，F(xiàn)在準(zhǔn)備參與招標(biāo)的法國(guó)企業(yè)有：生產(chǎn)航空電子設(shè)備的卓達(dá)宇航集團(tuán)、為機(jī)載設(shè)備研發(fā)信息系統(tǒng)的泰雷茲公司、生產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的賽峰集團(tuán)等。
根據(jù)初步設(shè)計(jì)，CR929大飛機(jī)有三種型號(hào)：包含三級(jí)客艙的基本型CR929-600，可容納280名乘客，航程12000km；加長(zhǎng)型CR929-700；縮短型CR929-500。
C919飛機(jī)上復(fù)合材料的應(yīng)用
研制和發(fā)展大型民機(jī)，是《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006~2020年）》確定的重大科技專(zhuān)項(xiàng)，也是幾代中國(guó)人的夢(mèng)想，特別是大型客機(jī)研發(fā)和制造能力是一個(gè)國(guó)家航空水平的重要標(biāo)志，也是一個(gè)國(guó)家整體實(shí)力的重要標(biāo)志。
材料是一切制造的基礎(chǔ)，沒(méi)有材料就沒(méi)有制造業(yè)，C919大飛機(jī)是中國(guó)有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，但在到2018年年底為止制造的6架試驗(yàn)、試飛的飛機(jī)中，首架原型機(jī)用的原材料幾乎全是進(jìn)口的，在C919飛機(jī)的凈質(zhì)量中，鋁合金零部件質(zhì)量約占65%。對(duì)民機(jī)用的材料有三個(gè)基本要求，用其制造的零部件應(yīng)有長(zhǎng)的使用壽命、高的可靠性、合理的價(jià)格。但是總體上航空航天鋁材基本上中國(guó)都能生產(chǎn)，盡管質(zhì)量還不盡人意，但在價(jià)格上還高于進(jìn)口的，例如鋁材約比美國(guó)和德國(guó)的貴一倍，鋁基復(fù)合材料約比美國(guó)及日本的貴4倍，鈦材比美國(guó)及日本的高40%左右。
據(jù)飛機(jī)制造部門(mén)稱(chēng)，材料采購(gòu)及零部件加工成本約占整個(gè)飛機(jī)造價(jià)的20%~30%，因此材料的經(jīng)濟(jì)性是飛機(jī)制造公司的重要原則之一。同時(shí)，材料的統(tǒng)計(jì)性能水平（飛機(jī)設(shè)計(jì)中的“材料許用值”）也是能否裝機(jī)的決定性因素。材料性能的穩(wěn)定性和不斷降低成本是材料企業(yè)的關(guān)注重點(diǎn)，而產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的控制能力也是航空材料生產(chǎn)企業(yè)能否實(shí)現(xiàn)上述兩個(gè)指標(biāo)的核心。對(duì)航空航天鋁材來(lái)說(shuō)，即使能生產(chǎn)出一種好材料；但是如果不能很好地做到過(guò)程控制和性能波動(dòng)控制，那么材料也不能用到民用飛機(jī)上。
C919大飛機(jī)用的復(fù)合材料有碳纖維增強(qiáng)的鋁基材料與環(huán)氧樹(shù)脂基材料。原型試飛驗(yàn)證機(jī)用的這些材料都是進(jìn)口的：
“愿景”第二代機(jī)身鋁基復(fù)合材料打造
“愿景”噴氣客機(jī)是中國(guó)航空工業(yè)西銳公司生產(chǎn)的一種小型民機(jī)，在同類(lèi)機(jī)中，它的機(jī)艙是最大的，機(jī)身是用鋁基復(fù)合材料打造的，為機(jī)艙創(chuàng)造了寬敞的空間，更有意想不到的頭部和肩部空間，精心設(shè)計(jì)的噪聲降低設(shè)計(jì)為飛行帶來(lái)了更舒適的體驗(yàn)。純手工打造的高級(jí)座椅，全景窗機(jī)艙設(shè)計(jì)等為每個(gè)乘客提供了一種沉浸式體驗(yàn)?？团搩?nèi)設(shè)有USB電源端口、110V電源插頭、杯托和儲(chǔ)物袋，后部空氣控制系統(tǒng)可供乘客在整個(gè)飛行過(guò)程中自行調(diào)節(jié)。
機(jī)內(nèi)的娛樂(lè)系統(tǒng)可以輕松地連接到個(gè)人設(shè)備，為每個(gè)人創(chuàng)造了一個(gè)高效的工作空間或輕松的觀影體驗(yàn)。每個(gè)客艙座椅都是模塊化的，很容易拆卸，提供了28種可能的座椅配置方案。獨(dú)特的客艙設(shè)計(jì)符合人體工程學(xué)，為方便進(jìn)出，入口是傾斜式的。
第二代“愿景”噴氣機(jī)的行李艙加大了，可存放滑雪板、高爾夫球桿或其他大的物品。它的飛行高度9450m，航程2222.4km。2018年10月12日，西銳SR20-2240飛機(jī)在珠海機(jī)場(chǎng)完成兩次完美起飛，標(biāo)志著西銳PC項(xiàng)目首架取證飛機(jī)取得首飛成功。
中國(guó)航空工業(yè)西銳公司是一家在美國(guó)注冊(cè)的公司，但是中國(guó)航空工業(yè)通飛所控股的，至2018年6月已向客戶交付了第7000架全新的飛機(jī)。這是繼西銳SR系列機(jī)型連續(xù)16年穩(wěn)居全球最暢銷(xiāo)四五座飛機(jī)榜之后，西銳公司所取得的又一成就。
美國(guó)當(dāng)?shù)貢r(shí)間2018年4月4日，美國(guó)國(guó)家航空協(xié)會(huì)宣布：由中國(guó)航空工業(yè)控股的美國(guó)西銳飛機(jī)公司“愿景”SF50飛機(jī)獲得2017年度“羅伯特·科利爾獎(jiǎng)”。獲獎(jiǎng)理由是：世界首款帶整機(jī)降落傘的單發(fā)私人噴氣飛機(jī)。
黑匣子殼體碳基復(fù)合材料制造
在飛機(jī)上，黑匣子起著非常重要的作用，它記錄著航空器的一切飛行數(shù)據(jù)，但它又要很結(jié)實(shí)，一旦飛機(jī)失事仍能完全保存所記錄的數(shù)據(jù)，這對(duì)分析事故原因起著不可估量的作用，復(fù)合材料是制造這種殼體不可多得材料；另外，復(fù)合材料也是制造航空器剎車(chē)副的寶貴材料之一。
中國(guó)中航飛機(jī)股份有限公司西安制動(dòng)分公司、航空工業(yè)西安航空制造科技有限公司與中科院聯(lián)合研制的新性能耐高溫、抗沖擊、耐腐蝕碳基復(fù)合材料成功應(yīng)用于飛機(jī)“黑匣子”殼體，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白；它們研制的新型復(fù)合材料剎車(chē)副榮獲咸陽(yáng)市高新區(qū)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽一等獎(jiǎng)。
中國(guó)首款全鋁基復(fù)合材料無(wú)人機(jī)
中國(guó)已躋身全球最大的無(wú)人機(jī)制造大國(guó)與強(qiáng)國(guó)之一，用于制造的材料各種各樣，當(dāng)然用的最多的與最重要的結(jié)構(gòu)材料是鋁材與鋁基復(fù)合材料。中航（成都）無(wú)人機(jī)系統(tǒng)股份有限公司制造的中國(guó)首款全鋁基復(fù)合材料多用途無(wú)人機(jī)“翼龍”I-D無(wú)人機(jī)2018年12月23日在西部一機(jī)場(chǎng)成功首飛，是航空工業(yè)“翼龍”家族無(wú)人機(jī)系列化發(fā)展的重要里程碑。
2018年12月25日，全部機(jī)制體制運(yùn)營(yíng)的中航（成都）無(wú)人機(jī)系統(tǒng)股份有限公司在成都市揭牌成立，做強(qiáng)做大中國(guó)無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)，努力打造國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、世界一流的高端無(wú)人機(jī)制造出口基地，向加快新時(shí)代航空強(qiáng)國(guó)建設(shè)邁出了實(shí)質(zhì)性一步。同日，中國(guó)航空工業(yè)第100架“翼龍”系列無(wú)人機(jī)在成都通過(guò)全部驗(yàn)收，即將交付海外用戶，創(chuàng)下了中國(guó)無(wú)人機(jī)出口的新紀(jì)錄，也是中國(guó)有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“翼龍”系列無(wú)人機(jī)發(fā)展道路上一塊新里程碑。
每架無(wú)人機(jī)用的復(fù)合材料雖不多，但無(wú)人機(jī)的數(shù)量大，截至2018年底，全國(guó)無(wú)人機(jī)制造企業(yè)超11家，獲無(wú)人經(jīng)營(yíng)許可證企業(yè)超4000家，注冊(cè)無(wú)人機(jī)數(shù)量達(dá)27萬(wàn)架，無(wú)人機(jī)經(jīng)營(yíng)性飛行活動(dòng)370kh。今后會(huì)以更快的速度增長(zhǎng)，如果制造的無(wú)人機(jī)有10%用復(fù)合材料制造，那么復(fù)合材料的用量就會(huì)是一個(gè)不小的數(shù)字。
鋁基復(fù)合材料在航天器等上的應(yīng)用
大家知道，航天器零部件對(duì)材料的要求極為苛刻，既要求其密度盡量低些，又要求有優(yōu)秀的綜合性能，諸如具備抗疲勞、耐磨、高導(dǎo)熱、低熱膨脹和輻射屏蔽等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)行的材料中，碳纖維或石墨烯增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料成為首選的材料。能否為航空航天、電子封裝、核電、汽車(chē)、軌道交通等產(chǎn)業(yè)提供所需的關(guān)鍵材料，成為一個(gè)國(guó)家是否強(qiáng)大與現(xiàn)代化水平高低的主要標(biāo)志之一。
近5年來(lái)，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所以馬宗義研究員為首的團(tuán)隊(duì)在金屬基特別是鋁基復(fù)合材料攻關(guān)性研發(fā)方面取得了一批開(kāi)創(chuàng)性的有里程碑意義的成就，先后為遙感、風(fēng)云、高分、嫦娥、北斗、東風(fēng)、天宮、龍舟等十幾個(gè)關(guān)鍵型號(hào)衛(wèi)星提供的復(fù)合材料產(chǎn)品達(dá)上百批次、上萬(wàn)余件，為中國(guó)航天事業(yè)發(fā)展與躋身世界先進(jìn)水平作出了很大貢獻(xiàn)。
馬宗義團(tuán)隊(duì)研發(fā)的鋁基復(fù)合材料已獲得國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)近25項(xiàng)，先后制定企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)4項(xiàng)，從金屬所走向國(guó)內(nèi)航天、核電、航空等領(lǐng)域的“首次”“首件”“首臺(tái)”“首套”關(guān)鍵零部件多達(dá)七八件。
蜂窩鋁基復(fù)合材料
蜂窩復(fù)合材料的制備難度很大，是一項(xiàng)高新技術(shù)，但其零部件的切削加工與成型是難度更大的技術(shù)。航空航天產(chǎn)業(yè)先進(jìn)復(fù)合材料的應(yīng)用及其加工工藝是一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力和科技水平高低的體現(xiàn)，蜂窩復(fù)合材料是一種先進(jìn)的材料，但其致命特點(diǎn)是剛度低，也就是說(shuō)是一種弱剛度先進(jìn)材料，還具有不連續(xù)和各向異性明顯的特點(diǎn)，因此采用傳統(tǒng)高速切削工藝加工時(shí)，不但效率低，而且質(zhì)量差，無(wú)法滿足航空航天產(chǎn)業(yè)等對(duì)大型鋁基復(fù)合材料蜂窩芯構(gòu)件高質(zhì)高效的加工，高精度高效率加工工藝技術(shù)和設(shè)備的缺乏已成為制約國(guó)內(nèi)先進(jìn)復(fù)合材料蜂窩芯結(jié)構(gòu)件應(yīng)用的技術(shù)瓶頸之一。
在國(guó)家“863”計(jì)劃的重點(diǎn)支持下，由中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)南昌飛機(jī)公司牽頭，聯(lián)合大連理工大學(xué)、陜西秦川機(jī)床有限公司等，合作開(kāi)展技術(shù)研究，研制成功中國(guó)首臺(tái)蜂窩芯超聲切削專(zhuān)用機(jī)床，開(kāi)發(fā)出了蜂窩芯超聲切削專(zhuān)用系列化刀具和工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，形成了具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超聲切削體系。
在較大規(guī)模上開(kāi)展了直升機(jī)和大型客機(jī)復(fù)合材料蜂窩芯典型工件的超聲加工應(yīng)用驗(yàn)證，加工質(zhì)量和效率均有很大提高，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)超聲切削工藝和裝備在航空航天產(chǎn)業(yè)企業(yè)的應(yīng)用，對(duì)促進(jìn)國(guó)內(nèi)先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)復(fù)合材料蜂窩芯結(jié)構(gòu)在航空航天、核電等領(lǐng)域的應(yīng)用均具有重要意義。
兼有高強(qiáng)度和模量的碳纖維
現(xiàn)在的碳纖維不可能既有高的抗拉強(qiáng)度又有高的彈性模量，成了當(dāng)前碳纖維復(fù)合材料發(fā)展的一大障礙。2018年11月，日本東麗公司（Toray）通過(guò)精準(zhǔn)控制納米石墨晶體結(jié)構(gòu)，同時(shí)將碳纖維抗拉強(qiáng)度和模量提高到一個(gè)前所未有的新水平，研制的新型TORAY CAMX碳纖維的抗拉強(qiáng)度比原來(lái)的M40J碳纖維的抗拉強(qiáng)度提高30%，彈性模量也同時(shí)得到相應(yīng)的提高。東麗公司將新的碳纖維的商品牌號(hào)定為MOX。東麗公司還將推出含有TORAY CA MX系列碳纖維預(yù)浸料，因?yàn)轭A(yù)浸料可以保持理想的剛度，同時(shí)保有相應(yīng)的強(qiáng)度。這種新碳纖維增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料將是新一代的新材料之一，對(duì)減輕航空航天器與交通運(yùn)輸裝備的質(zhì)量有著重要的意義。
中國(guó)碳纖維及復(fù)合材料生產(chǎn)企業(yè)
顧名思義，復(fù)合材料是兩種或多種均質(zhì)的單體物質(zhì)混合而成的多相物質(zhì)或材料，它綜合了單體的性能，具有優(yōu)秀的綜合性能，因此獲得了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，而且應(yīng)用在不斷擴(kuò)大，不但在航空航天、核電、軍工等領(lǐng)域得到優(yōu)先應(yīng)用，而且正在向汽車(chē)、軌道車(chē)輛、電子電器等產(chǎn)品領(lǐng)域進(jìn)軍。
復(fù)合材料的構(gòu)成可分為增強(qiáng)體與基體，基體占質(zhì)量的95%以上，通常增強(qiáng)體僅占百分之幾，在當(dāng)今全世界用的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中，鋁基復(fù)合材料超過(guò)75%。按不同的增強(qiáng)體，鋁基復(fù)合材料可分為：纖維增強(qiáng)、顆粒（直徑0.5μm~100μm的粒子）增強(qiáng)、晶須增強(qiáng)、石墨稀增強(qiáng)的。常用的增強(qiáng)粒子：SiC、Si3N4、Al2O3、TiC、AlN、B4C、金屬顆粒、石墨稀等。
常用的幾種鋁基復(fù)合材料的制備工藝：粉末冶金法、壓力浸滲工藝、反應(yīng)自生成法、高能高速固結(jié)工藝、半固態(tài)攪拌法、噴射沉積法、攪拌摩擦加工法等等。
中國(guó)制造鋁基復(fù)合材料的企業(yè)甚多，截至2018年12月約有35家，其中最主要的：中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)金屬所、中鋁集團(tuán)山東分公司、南通民用復(fù)合材料有限公司（生產(chǎn)線）、天津波音復(fù)合材料有限責(zé)任公司等等。
中科院金屬研究所
中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)金屬所是中國(guó)當(dāng)前最大的鋁基（金屬基）復(fù)合材料基地，不但是產(chǎn)業(yè)化基地，而且有馬宗義為首的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，人才濟(jì)濟(jì)，2018年的生產(chǎn)能力約200t/a，產(chǎn)量近100t，成為航空航天、核電等領(lǐng)域多個(gè)企業(yè)的主要供貨者，金屬所還致力為金屬?gòu)?fù)合材料的更新?lián)Q代積累基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)下一次工程化規(guī)模應(yīng)用的突破，力爭(zhēng)成為中國(guó)和世界鋁基復(fù)合材料的領(lǐng)跑者。
金屬所：中國(guó)金屬基復(fù)合材料研發(fā)基地。金屬研究所的研發(fā)成果已獲得國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)23項(xiàng)，他們研制的低密度、高強(qiáng)度、高彈性模量、高疲勞強(qiáng)度SiC/Al復(fù)合材料是7XXX系高強(qiáng)度鋁合金、鈦合金的良好代用品，可使零件減輕20%~40%，為遙感飛行器、深空探測(cè)器等提供了上千件工件，深受用戶歡迎；為多種型號(hào)衛(wèi)星提供的高陶瓷含量鋁基復(fù)合材料具有低密度和低熱脹特性，在衛(wèi)星零件制造領(lǐng)域可替代鉬、銅、鈦、因瓦合金（Fe-Ni36），大幅減輕了工件質(zhì)量。
原子能工業(yè)用的中子吸收材料長(zhǎng)期依靠進(jìn)口，制約國(guó)產(chǎn)核電裝備的制造與技術(shù)的發(fā)展，金屬所的科學(xué)家突破了B4C/Al復(fù)合材料坯錠工業(yè)化制造技術(shù)與板材軋制工藝，批量生產(chǎn)出性能均一、成材率高、價(jià)格合理、有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、代替了進(jìn)口的B4C/Al板材，同時(shí)解決了焊接瓶頸。B4C增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料在中國(guó)“龍舟CSNC”乏燃料容器中獲得大量應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了乏燃料運(yùn)輸材料的全部國(guó)產(chǎn)化，全球首臺(tái)中國(guó)造的高溫氣冷堆核電站的全部核燃料貯存和容器都是用金屬所的B4C/Al材料打造的。
制造金屬基材料及其零件必須打通三大瓶頸，馬宗義團(tuán)隊(duì)都先后解決了困難重重的難以逾越的難題：
大尺寸坯料制備關(guān)
要生產(chǎn)大尸寸或超大尺寸復(fù)合材料半成品：板材、棒材、型材、管材、鍛件等，首先必須制得大尺寸坯錠，但是在制備大尺寸坯錠時(shí)，必須克服成分均勻性、界面反應(yīng)等難駕馭、成本高、周期長(zhǎng)的難題。為此，他們研發(fā)出了低成本短流程粉末冶金制備技術(shù)，所制備的壞錠具有組織均勻、致密度高無(wú)缺陷、無(wú)有害的界面產(chǎn)物，并于2017年制得3.4t的天下第一大錠，為公開(kāi)報(bào)道的美國(guó)曾制備的最大的0.45t錠的7.6倍，而且原材料成本下降了50%，制造周期也縮短了一半。
大材料加工成形
鋁基復(fù)合材料都含有脆性陶瓷增強(qiáng)相，制約與抑制金屬基體的塑性成形，變形能力難上加難，為超越這道瓶頸，馬宗義團(tuán)隊(duì)獨(dú)創(chuàng)的精密物理仿真多尺度模擬新技術(shù)，順利解決了成形加工過(guò)程中缺陷控制與組織性能調(diào)控，建立了大變形比成形加工中、高陶瓷含量復(fù)合材料成形加工，大擠壓比異型材的生產(chǎn)，而且通過(guò)組織缺陷控制實(shí)現(xiàn)了較大規(guī)格板材的高效軋制、自由鍛件性能的優(yōu)化控制。
焊接關(guān)的攻克
金屬基復(fù)合材料是一種各相性能相差甚大的混合物，傳統(tǒng)的熔焊技術(shù)無(wú)法使這種材料獲得合格的高質(zhì)量連接，焊縫中總會(huì)產(chǎn)生顆粒偏橋、縮孔、氣孔、有害界面產(chǎn)物；摩擦攪拌焊雖可以獲得優(yōu)質(zhì)的連接焊縫，但焊接頭會(huì)很快磨損，沒(méi)有經(jīng)濟(jì)效益。為了繞過(guò)這道瓶頸，他們發(fā)明了一種有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高度耐磨的高強(qiáng)韌焊接工具，可在寬廣的工藝參數(shù)下施焊，不會(huì)磨損，也不會(huì)斷裂。他們還用中子衍射法和多尺寸模擬對(duì)焊接頭殘余應(yīng)力實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)模擬，為焊接工藝參數(shù)制定建立了嶄新的依據(jù)。
南通民用復(fù)合材料公司投產(chǎn)
由中航高科與航空工業(yè)復(fù)材合作建設(shè)的民用復(fù)合材料生產(chǎn)線于2019年1月中旬在江蘇省正式投產(chǎn)。它的投產(chǎn)是航空工業(yè)軍民融合戰(zhàn)略實(shí)施的重要成果，生產(chǎn)線的技術(shù)水平居國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位，主導(dǎo)產(chǎn)品為汽車(chē)、軌道交通、通用航空器用的預(yù)浸料產(chǎn)品，有兩個(gè)系列產(chǎn)品：高效成型預(yù)浸料和阻燃預(yù)浸料。航空工業(yè)復(fù)材公司研發(fā)的高效成型預(yù)浸料已實(shí)現(xiàn)了系列化，并在汽車(chē)零部件、電動(dòng)車(chē)車(chē)身承力結(jié)構(gòu)部件與無(wú)人機(jī)槳葉結(jié)構(gòu)上通過(guò)了考核驗(yàn)證和工程應(yīng)用，顯著降低了高性能碳纖維復(fù)合鋁材的成本，大幅度提升了復(fù)合材料的制備效率，實(shí)現(xiàn)碳纖維增強(qiáng)鋁合金材料在新能源電動(dòng)車(chē)、汽車(chē)及無(wú)人機(jī)等產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)先規(guī)?；瘧?yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
南通復(fù)合材料項(xiàng)目2017年12月開(kāi)始建設(shè)，歷經(jīng)15個(gè)月的高效建設(shè)，使國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、成本低、效率高民品復(fù)合材料項(xiàng)目順利投產(chǎn)，意義重大，是軍民融合的碩果。
來(lái)源：中國(guó)有色金屬報(bào)
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