中國粉體網(wǎng)訊 近日,，紀(jì)錄片《棟梁之材》在央視財經(jīng)頻道開播,，與以往工業(yè)紀(jì)錄片著重呈現(xiàn)超級工程,、超級裝備的建造和制造場景不同,，《棟梁之材》把鏡頭對準(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位頂級材料科學(xué)家,、院士的智慧和心血。導(dǎo)演組歷時一年多,，從300余種先進(jìn)材料中優(yōu)選出30多個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,，為一個個超級工程提供了強(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,、日常生活等各個方面,，有著不可替代的作用。
圖片來源：央視財經(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，金屬材料的強(qiáng)度會發(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%。這項技術(shù),，包括中國在內(nèi),，全世界只有三個國家有能力生產(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)動時的摩擦系數(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,，是滾動軸承滾動體的理想材料之一。
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)動機(jī),、汽車發(fā)動機(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,，總是因為雜質(zhì)而喪失清澈度，同時因為包含金屬元素而呈現(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,，是信息時代玻璃材料競爭的高點。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)隊的創(chuàng)舉,。如今，彭壽院士團(tuán)隊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%，可提升信號的傳輸速度,，改善信號傳輸質(zhì)量,，減少信號衰減與延時，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,、量子計算的關(guān)鍵光學(xué)元器件。
參考來源：央視財經(jīng),、中國建材集團(tuán)
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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