中新社北京8月20日電 (記者 孫自法)在金屬材料領(lǐng)域，如何使相分離合金凝固形成高性能原位復合材料，長期以來備受學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界關(guān)注。
記者從中國科學院金屬研究所獲悉，該所趙九洲研究員項目團隊持續(xù)通過建立理論模型、地面實驗研究和在中國空間站開展實驗驗證的天地協(xié)同研究，最新取得一系列重要進展，主要包括揭示了相分離合金凝固過程和重力/微重力的影響、發(fā)展了相分離合金的凝固理論、提出相分離合金凝固組織調(diào)控方法等。
8月16日，趙九洲研究員科普介紹相分離合金天地協(xié)同研究成果及應(yīng)用。中新社記者 孫自法 攝趙九洲研究員介紹說，很多合金在凝固過程中首先自熔體析出第二相液滴或顆粒，發(fā)生液—液分相或液—固分相，這類合金可統(tǒng)稱為相分離合金。如能有效控制此分相過程，使熔體中析出的液滴/粒子最終以細小顆粒的形式均勻彌散分布于凝固組織中，則可制備高性能原位粒子復合材料，滿足大型機械、核電、船舶、輸電、電子等一些領(lǐng)域?qū)μ胤N材料的需求，例如，核電密封瓦、高壓電觸頭材料、貴金屬靶材等。
不過，相分離合金在地面重力條件下凝固時極易形成第二相粗大乃至偏析嚴重的組織，其研制與應(yīng)用受到嚴重制約。而空間環(huán)境能夠提供長時間穩(wěn)定的微重力條件，能有效消除地面重力導致的熔體對流和析出相的沉積與浮動現(xiàn)象，為相分離合金凝固理論研究提供了優(yōu)越的條件。
8月16日，趙九洲研究員與項目團隊主要成員在實驗室交流。中新社記者 孫自法 攝他指出，近年來，在中國載人空間站工程等項目支持下，項目團隊圍繞相分離合金凝固與原位復合材料形成機理開展長期深入系統(tǒng)的地基預(yù)研，建立相分離合金凝固過程模型，探索用電場、磁場和微合金化調(diào)控合金凝固過程，促進原位復合凝固組織形成的可行性。
基于大量的地基研究，項目團隊進一步優(yōu)化設(shè)計合金成分和凝固工藝，在天宮二號空間實驗室和中國空間站神舟十三號、十五號、十六號載人航天飛行任務(wù)期間，相繼在軌開展了相分離合金的凝固實驗，成功獲得原位粒子均勻分布的復合材料樣品和具有殼—核結(jié)構(gòu)的球形樣品。通過天地協(xié)同研究，既揭示相分離合金凝固過程和重力/微重力的影響，也發(fā)展相分離合金的凝固理論，還提出相分離合金凝固組織調(diào)控方法，從而為制備高性能原位粒子復合材料奠定堅實基礎(chǔ)。
8月16日，項目團隊展示中國空間站返回地面的實驗樣品。中新社記者 孫自法 攝2004年地基預(yù)研以來，項目團隊就相關(guān)研究成果，已在《國家科學評論》《材料學報》等學術(shù)期刊上發(fā)表論文200余篇，獲授權(quán)發(fā)明專利40余項，并出版學術(shù)專著《金屬基復合材料原位形成理論基礎(chǔ)》。中外學者評價稱，該團隊利用航天飛行器開展二元和三元相分離合金凝固行為方面的開拓性研究，有助于澄清相分離合金凝固組織演變的動力學細節(jié)。
趙九洲表示，在相分離合金天地協(xié)同研究過程中，項目團隊高度重視理論研究成果在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用，以相關(guān)理論為指導，研發(fā)出多種關(guān)鍵材料的制備技術(shù)，在核電、電子通訊、裝備制造等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。(完)