中國(guó)粉體網(wǎng)訊 近日，紀(jì)錄片《棟梁之材》在央視財(cái)經(jīng)頻道開(kāi)播，與以往工業(yè)紀(jì)錄片著重呈現(xiàn)超級(jí)工程、超級(jí)裝備的建造和制造場(chǎng)景不同，《棟梁之材》把鏡頭對(duì)準(zhǔn)了工程和裝備的幕后英雄——材料。紀(jì)錄片得到工信部、國(guó)資委、中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)工程院等權(quán)威部門(mén)和科研機(jī)構(gòu)的大力支持，凝聚了近20位頂級(jí)材料科學(xué)家、院士的智慧和心血。導(dǎo)演組歷時(shí)一年多，從300余種先進(jìn)材料中優(yōu)選出30多個(gè)最能代表中國(guó)材料科技水平的樣本案例。
紀(jì)錄片《棟梁之材》共六集，每集45分鐘，分別是《百變金剛》《點(diǎn)石成金》《造物傳奇》《天工開(kāi)物》《隨源開(kāi)智》《創(chuàng)新紀(jì)元》。其中，第二集《點(diǎn)石成金》，講述了特種水泥、陶瓷、玻璃、玻纖、人工晶體等先進(jìn)無(wú)機(jī)非金屬材料的研發(fā)和應(yīng)用故事。
改變世界的水泥
悉數(shù)地球上的人類文明痕跡，幾乎都和水泥有關(guān)。全世界每年的混凝土澆筑量，相當(dāng)于一座長(zhǎng)1000米、寬1000米、高接近珠穆朗瑪峰的山，這個(gè)體積是其他所有建筑材料總和的兩倍以上。因此，水泥成為迄今為止使用最多的人造材料。
現(xiàn)在，距離古羅馬人發(fā)現(xiàn)把石灰、石膏和火山灰混合、燒煮，可以上演遇水變硬的神奇已經(jīng)過(guò)去2000多年，在那之后，水泥使用的中心從歐洲、經(jīng)北美，來(lái)到亞洲，今天已經(jīng)到達(dá)中國(guó)。
從用于火箭發(fā)射臺(tái)的超耐高溫水泥，到用于建設(shè)公路鐵路、跨海大橋甚至飛機(jī)跑道的高性能水泥，再到用于油、氣鉆井工程的超快硬水泥以及巨型水壩用的低熱水泥。最近40年，中國(guó)人發(fā)明了60余種特種水泥，為一個(gè)個(gè)超級(jí)工程提供了強(qiáng)大支撐。
陶瓷彈簧挑戰(zhàn)彈性極限，壓縮量達(dá)25%
彈簧是機(jī)械零件的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，是許多機(jī)械系統(tǒng)的重要組成部分。彈簧不同于其它機(jī)械零件，受力后發(fā)生形變，將勢(shì)能轉(zhuǎn)換成彈性性能，卸載后又將彈性性能轉(zhuǎn)換成物體的勢(shì)能而不發(fā)生任何變化。彈簧常應(yīng)用于減震、預(yù)緊、緩沖裝置中，涉及工業(yè)、航空航天、日常生活等各個(gè)方面，有著不可替代的作用。
圖片來(lái)源：央視財(cái)經(jīng)
目前高溫彈簧多采用高溫合金材料和陶瓷材料制備，但當(dāng)工作溫度大于 1000℃時(shí)，金屬材料的強(qiáng)度會(huì)發(fā)生顯著地降低而不能滿足使用要求。故有研究者將目光鎖定在具有優(yōu)異耐高溫和抗磨損性能的陶瓷材料身上，但陶瓷固有的低延展性使得制備陶瓷彈簧已成為一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)也極具意義的工作。
此次亮相的陶瓷彈簧，彈性壓縮量可以達(dá)到驚人的25%，而目前已知的陶瓷彈簧彈性壓縮量紀(jì)錄是20%。這項(xiàng)技術(shù)，包括中國(guó)在內(nèi)，全世界只有三個(gè)國(guó)家有能力生產(chǎn)。
滿足極限性能要求的氮化硅陶瓷球
軸承是一切旋轉(zhuǎn)機(jī)械的靈魂，被稱為機(jī)械工業(yè)的“芯片”。其主要功能是支撐機(jī)械旋轉(zhuǎn)體，降低其運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦系數(shù)，并保證其回轉(zhuǎn)精度。
此次介紹的是軸承滾動(dòng)體材料——氮化硅陶瓷球，氮化硅材料俗稱“陶瓷王”，其密度大約為軸承鋼的42%，彈性模量高達(dá)320GPa，抗拉強(qiáng)度1600MPa，抗壓強(qiáng)度高達(dá)3600MPa，900℃以下力學(xué)性質(zhì)幾乎不變，是滾動(dòng)軸承滾動(dòng)體的理想材料之一。
氮化硅軸承球在使用中轉(zhuǎn)速每分鐘可高達(dá)60萬(wàn)轉(zhuǎn)，其主要用在精密機(jī)床主軸、電主軸高速軸承，航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)軸承等設(shè)備用軸承中。
厚度僅0.03毫米的柔性玻璃，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)折疊100萬(wàn)次不破損！
玻璃，像凝固的空氣，又像不會(huì)融化的冰。但透明不是玻璃與生俱來(lái)的特質(zhì)。人類最早制造的玻璃與今天有很大不同，總是因?yàn)殡s質(zhì)而喪失清澈度，同時(shí)因?yàn)榘饘僭囟尸F(xiàn)出不同的顏色。直到14世紀(jì)，人類才終于解開(kāi)了玻璃透明的密碼——雜質(zhì)排除得越徹底，玻璃就越透明。
大尺寸顯示玻璃，是信息時(shí)代玻璃材料競(jìng)爭(zhēng)的高點(diǎn)。超1300℃的高品質(zhì)玻璃液，緩緩流入裝滿錫熔液的錫槽，兩種溶液比重不同，如同油懸浮于水面。玻璃液在錫熔液之上均勻攤開(kāi)，在拉邊機(jī)作用下慢慢變薄。冷卻之后，經(jīng)過(guò)裁切，最終形成面積達(dá)5.5平方米，厚度卻只有0.5毫米的超薄玻璃。這種生產(chǎn)工藝由中國(guó)自主研制，被稱為洛陽(yáng)浮法，發(fā)明至今延續(xù)使用了50余年，同英國(guó)皮爾金頓、美國(guó)匹茲堡齊名，并稱世界三大浮法工藝。
而優(yōu)化洛陽(yáng)浮法工藝并用其制造信息顯示玻璃是中國(guó)工程院彭壽院士團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)舉。如今，彭壽院士團(tuán)隊(duì)研制出的一款柔性顯示玻璃，厚度僅有0.03毫米，這種玻璃常應(yīng)用于折疊屏手機(jī)。按照一天折疊100次計(jì)算，支持百萬(wàn)次彎折不破損的柔性玻璃可以讓折疊手機(jī)使用超過(guò)27年。這也是彭壽院士團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造出的新的世界紀(jì)錄。
高模量、輕量化、應(yīng)用廣的玻璃纖維
1600℃高溫，玻璃瞬間熔化。重力作用下，玻璃液從鉑銠合金漏嘴中流出，下落過(guò)程中急速冷卻，0.01秒瞬間固化成纖，最細(xì)的時(shí)候，直徑只有4微米，相當(dāng)于頭發(fā)絲的十二分之一。這是材料專家祖群用玻璃做原料制備一種特殊性能的纖維材料。
特種玻璃纖維，具有高模量、輕量化、耐輻照等優(yōu)異性能于一身，在航空、能源、國(guó)防等高端裝備制造領(lǐng)域是不可或缺的關(guān)鍵材料。它被制成玻璃鋼作為世界上使用最廣泛的復(fù)合材料，在航天、航空、船舶、交通、新能源等領(lǐng)域都有應(yīng)用。
玻璃纖維，也同樣被制作成低介電玻纖布，是制作高頻、高速、輕薄化線路板的主要基材。與傳統(tǒng)E玻璃布相比，其介電常數(shù)降低29%，介電損耗降低57%，可提升信號(hào)的傳輸速度，改善信號(hào)傳輸質(zhì)量，減少信號(hào)衰減與延時(shí)，是5G/6G、大型數(shù)據(jù)中心、人工智能服務(wù)器等電子線路板的關(guān)鍵材料。
人工晶體磷酸氧鈦鉀
磷酸氧鈦鉀，是人工晶體家族中的重要成員。
磷酸氧鈦鉀是性能優(yōu)良的激光非線性光學(xué)晶體，是中小功率固體綠光激光器的最好倍頻材料，能改變激光的頻率，廣泛應(yīng)用于激光測(cè)距、激光醫(yī)療、激光加工等領(lǐng)域，是量子通訊、量子計(jì)算的關(guān)鍵光學(xué)元器件。
參考來(lái)源：央視財(cái)經(jīng)、中國(guó)建材集團(tuán)
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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