曾推動(dòng)鎂合金研究走向世界前列，近期又發(fā)力高端制造檢測(cè)設(shè)備替代-天天快資訊

2023-06-22 03:06:07 來(lái)源: DeepTech深科技

“自改革開(kāi)放以來(lái)，中國(guó)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展從向下拓展，正在逐步朝著向上溯源的方向邁進(jìn)。”中國(guó)工程院院士、輕合金精密成型國(guó)家工程研究中心主任、上海交通大學(xué)氫科學(xué)中心主任丁文江表示。

圖丨丁文江（來(lái)源：資料圖）

【資料圖】

1953 年，丁文江出生于上海市。后來(lái)，他來(lái)到上海交通大學(xué)鑄造工藝與裝備專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)，并于 1981 年畢業(yè)后留校工作。

在科研腳步剛剛開(kāi)始之際，丁文江專(zhuān)注于鋁材料領(lǐng)域，并以非熱處理強(qiáng)化鋁合金為研究重點(diǎn)。1983 年，基于一次偶然的契機(jī)，他轉(zhuǎn)入對(duì)鎂材料的研究，并在該領(lǐng)域披荊斬棘了長(zhǎng)達(dá)四十年。他的科研經(jīng)歷和轉(zhuǎn)化落地的一系列探索，在某種程度上也與他提出的“向上溯源、自立自強(qiáng)”的發(fā)展理念相符。

聚焦鎂合金材料四十載，多次取得突破性成果

每一個(gè)學(xué)過(guò)化學(xué)的人，都應(yīng)該知道鎂這種金屬元素。它占據(jù)著元素周期表上第 12 號(hào)排位，它既是于自然界廣泛分布、且屬于人體必需元素的一種，又是常見(jiàn)的一類(lèi)密度小、化學(xué)活性大的輕金屬。

但在實(shí)際生活中，普通人似乎只能通過(guò)兩種方式直接知道鎂這種元素。其一是節(jié)日之際燃放的焰火，就是通過(guò)鎂燃燒后會(huì)發(fā)出刺眼光芒的原理制成的，如果在其中添加不同的氧化物，便可呈現(xiàn)出豐富的色彩。其二是早期照相時(shí)使用的鎂光燈，也是通過(guò)燃燒鎂粉放出強(qiáng)光實(shí)現(xiàn)的。

于丁文江而言，他和鎂的結(jié)識(shí)有些與眾不同。

1983 年，中國(guó)剛剛引進(jìn)桑塔納轎車(chē)。在推進(jìn)國(guó)產(chǎn)桑塔納下線(xiàn)的過(guò)程中，上海第一汽車(chē)附件廠發(fā)生了一次燃燒事件。當(dāng)時(shí)相關(guān)負(fù)責(zé)人以為是鋁發(fā)生了燃燒，便邀請(qǐng)從事鋁研究的丁文江前來(lái)一探究竟，但經(jīng)過(guò)確認(rèn)才發(fā)現(xiàn)，是桑塔納上的兩個(gè)鎂合金零件，即變速箱的殼體和殼蓋，發(fā)生了燃燒。

這次經(jīng)歷，讓丁文江開(kāi)始對(duì)鎂材料產(chǎn)生興趣。

1987 年，他參與到桑塔納轎車(chē)鎂合金變速箱的國(guó)產(chǎn)化科研工作中。

“當(dāng)時(shí)，中國(guó)正值改革開(kāi)放，幾乎所有產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域都在引進(jìn)國(guó)外生產(chǎn)線(xiàn)，包括鋼鐵、洗衣機(jī)、電視機(jī)、冰箱等。我們科技人員的主要職責(zé)，就是把引進(jìn)來(lái)的產(chǎn)品進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化。”丁文江表示。

在他們投身于鎂合金材料的制備時(shí)，發(fā)現(xiàn)其中存在一個(gè)很大的問(wèn)題。

一般來(lái)說(shuō)，所有的金屬材料都是先熔化，再燃燒，也就是熔點(diǎn)低于燃點(diǎn)。但鎂材料卻剛好相反，因?yàn)槠淙键c(diǎn)低于熔點(diǎn)，所以往往還沒(méi)熔化，就會(huì)與氧氣發(fā)生反應(yīng)并燃燒。

可是，在制造任何產(chǎn)品之前，都需要先經(jīng)過(guò)熔化材料這個(gè)環(huán)節(jié)。因此，鎂的這種特性，給產(chǎn)品生產(chǎn)帶來(lái)了極大阻礙。

雖然他們使用各種手段，來(lái)為鎂材料提供保護(hù)，但這種方式也增加了生產(chǎn)的難度，并提高了成本。

為了攻克這個(gè)問(wèn)題，丁文江開(kāi)始研究鎂發(fā)生燃燒的原因。

和鋁一樣，鎂和氧的親和力也非常大。不過(guò)，鋁和氧可以通過(guò)反應(yīng)生成三氧化二鋁，后者能夠阻止鋁繼續(xù)被氧化。而鎂的氧化膜是疏松的，就像魚(yú)鱗一樣，存在一片一片的間隙，所以并不能阻止鎂的持續(xù)氧化。

基于此，丁文江和團(tuán)隊(duì)通過(guò)改造鎂的氧化物結(jié)構(gòu)，即使用摻雜稀土元素的氧化膜，讓其和鎂的氧化膜實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)，進(jìn)而開(kāi)發(fā)了阻燃鎂合金，成功地將鎂的燃點(diǎn)從 520℃ 提升到 935℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鎂的熔點(diǎn)（651℃）。基于該項(xiàng)成果，他們獲得了國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)。

除了燃點(diǎn)較低外，鎂還存在另外一個(gè)弱點(diǎn)，那就是強(qiáng)度不夠高，而這會(huì)給大規(guī)模應(yīng)用帶來(lái)難題。

對(duì)此，他們?cè)诟邚?qiáng)度鎂合金方面進(jìn)行探索，最終將鎂合金的強(qiáng)度提高到 500 兆帕，使用溫度提高到 300℃。

將鎂和氫成功地聯(lián)系到一起，開(kāi)拓出鎂基能源材料的研究方向，則是丁文江的又一項(xiàng)重要研究。

在推進(jìn)新能源發(fā)展和綠色低碳轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，排在元素周期表第一位的化學(xué)元素氫，扮演著關(guān)鍵角色。雖然氫是綠色清潔能源，但其要想實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用，卻并非輕而易舉。

這是因?yàn)椋瑲渫ǔＲ杂呻p原子分子組成的氫氣形態(tài)存在，在常溫常壓的狀態(tài)下，極易發(fā)生燃燒和爆炸，非常不利于儲(chǔ)存和運(yùn)輸。即使是采用目前常用的高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫和低溫液態(tài)儲(chǔ)氫等儲(chǔ)氫方式，也需要耗費(fèi)巨大成本。

為了破解這個(gè)難題，丁文江團(tuán)隊(duì)花了很長(zhǎng)時(shí)間探索和嘗試。最終，他們決定將鎂和氫直接結(jié)合，從而制備出含有鎂氫元素的合金材料，讓氫能夠借助常溫低壓條件下固態(tài)儲(chǔ)存的方式，很好地“留存”在鎂基材料中。

經(jīng)過(guò)測(cè)試，他們發(fā)現(xiàn)采用固態(tài)儲(chǔ)氫方式，可以實(shí)現(xiàn)每立方米 110 公斤氫氣的儲(chǔ)存。這一數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)用高壓氣態(tài)和低溫液態(tài)方式儲(chǔ)存的氫氣量，后兩者分別為每立方米儲(chǔ)氫 14.4 公斤和 70 公斤。據(jù)了解，去年 12 月，他們已經(jīng)設(shè)計(jì)出可以?xún)?chǔ)存 1.5 噸氫氣的世界首臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫車(chē)。

據(jù)悉，這種固態(tài)儲(chǔ)氫方式，既能夠適應(yīng)大規(guī)模、長(zhǎng)距離的氫運(yùn)輸，又有利于儲(chǔ)存多余的能源，可廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)能、交通運(yùn)輸、熱電聯(lián)供等領(lǐng)域。

聯(lián)合創(chuàng)立高端制造設(shè)備公司，助推技術(shù)自立自強(qiáng)

“中國(guó)改革開(kāi)放的前三十年里，在跟蹤、模仿、引進(jìn)、消化、吸收和競(jìng)爭(zhēng)上，花了很大的力氣。我把這個(gè)發(fā)展現(xiàn)狀做了一個(gè)總結(jié)，叫向下拓展。桑塔納的引進(jìn)和國(guó)產(chǎn)化，便可看作是其中的一個(gè)縮影。十八大以來(lái)，我國(guó)進(jìn)一步加強(qiáng)了對(duì)科技創(chuàng)新的重視。如今二十大又將科技發(fā)展提到了一個(gè)更高的程度，即加快推進(jìn)自立自強(qiáng)。因此我認(rèn)為，未來(lái)我國(guó)科技一定會(huì)以向上溯源為發(fā)展方向。”丁文江表示。

迎著這個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，丁文江聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院院士張澤，以及其他經(jīng)驗(yàn)豐富的工程技術(shù)專(zhuān)家，共同創(chuàng)辦了無(wú)錫亙芯悅科技有限公司，并由丁文江院士擔(dān)任公司的首席科學(xué)家。

據(jù)介紹，這是一家高端制造設(shè)備公司，主要聚焦于量測(cè)與檢測(cè)設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)，應(yīng)用于半導(dǎo)體等高端制造業(yè)。

圖丨坐落于無(wú)錫新吳區(qū)微納園的亙芯悅（來(lái)源：資料圖）

在該公司名稱(chēng)的背后，隱含著哪些立意呢？

據(jù)丁文江介紹，亙芯悅所專(zhuān)注的業(yè)務(wù)，是芯片生產(chǎn)過(guò)程中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，會(huì)對(duì)中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展起到良好的補(bǔ)充作用。

因此，“亙”是亙古不變的意思，表達(dá)公司堅(jiān)持立足長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展使命；“悅”則取高興之意，希望既能夠讓芯片感到高興，又能夠讓做芯片行業(yè)的人感到高興，意在開(kāi)發(fā)高質(zhì)量的檢測(cè)設(shè)備。

圖丨公司圖（來(lái)源：資料圖）

那么，該公司的初衷與使命，又將以怎樣的發(fā)展策略來(lái)踐行呢？

丁文江表示：“我們主要從完成進(jìn)口替代和實(shí)現(xiàn)存量選優(yōu)這兩個(gè)策略出發(fā)。”

對(duì)于進(jìn)口替代，他介紹了公司正在開(kāi)展的其中兩方面工作。

一方面，是實(shí)現(xiàn)檢測(cè)設(shè)備中腔體材料的更新?lián)Q代。

在檢測(cè)設(shè)備中，有一個(gè)用于提供真空環(huán)境的腔體。它的精度和穩(wěn)定性，對(duì)于設(shè)備性能來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

芯片制程正在朝著越來(lái)越小的方向發(fā)展，制造設(shè)備的腔體減震上必須得到充分保證。盡管機(jī)械減震是通常采用的方法，丁文江團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，材料也可以在減震方面發(fā)揮很大作用。他們正在嘗試使用鎂材料，來(lái)制造原來(lái)基于鋁材料制成的腔體。

“一旦成功，我們就逐步達(dá)到了更新?lián)Q代，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了一個(gè)細(xì)分領(lǐng)域的自立自強(qiáng)。”丁文江說(shuō)。

圖丨公司圖（來(lái)源：資料圖）

另一方面，是實(shí)現(xiàn)電子槍材料的更新?lián)Q代。

電子槍是電子光學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)核心零部件，其主要功能在于發(fā)射電子、控制電子流、聚焦電子束等，多用于鎢絲燈和顯像管中。

目前，所有的電子槍都是基于鎢材料，朝著從大到小的方向，通過(guò)不斷研磨、切削來(lái)制備。

在這方面，丁文江團(tuán)隊(duì)改換從小到大的制備思路，正在探索使用比鎢材料更合適的材料，制備新型電子槍。

這些例子體現(xiàn)了存量選優(yōu)的策略，也支撐著亙芯悅的發(fā)展。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，是用多年積累下來(lái)的深厚產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗(yàn)作為支撐，在已有產(chǎn)品的基礎(chǔ)之上做好成本控制，選擇最合適且最有用的那些技術(shù)與材料來(lái)提高產(chǎn)品的性能指標(biāo)。

“我們希望公司通過(guò)轉(zhuǎn)化這些科研成果，在未來(lái)可以達(dá)到增量創(chuàng)優(yōu)的目的。同時(shí)，科研成果的高水平工程化，可以將企業(yè)帶到該領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，也是我們科技產(chǎn)業(yè)的一個(gè)愿景。”丁文江最后表示。

支持：張智

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