中國粉體網(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,、國資委、中國科學(xué)院,、中國工程院等權(quán)威部門和科研機(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》《天工開物》《隨源開智》《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)過去2000多年,，在那之后，水泥使用的中心從歐洲,、經(jīng)北美,，來到亞洲，今天已經(jīng)到達(dá)中國,。
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),，包括中國在內(nèi)，全世界只有三個(gè)國家有能力生產(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)代玻璃材料競爭的高點(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,，在拉邊機(jī)作用下慢慢變薄,。冷卻之后，經(jīng)過裁切,，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)工藝由中國自主研制,，被稱為洛陽浮法,，發(fā)明至今延續(xù)使用了50余年，同英國皮爾金頓,、美國匹茲堡齊名,，并稱世界三大浮法工藝。
而優(yōu)化洛陽浮法工藝并用其制造信息顯示玻璃是中國工程院彭壽院士團(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，支持百萬次彎折不破損的柔性玻璃可以讓折疊手機(jī)使用超過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,。
參考來源：央視財(cái)經(jīng)、中國建材集團(tuán)
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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