相分離合金因具有獨(dú)特的物理與力學(xué)性能，以及在機(jī)械、汽車和電子等領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景，近年來越來越受到人們關(guān)注。
然而，在地面常規(guī)凝固條件下，該類合金很難制備，其應(yīng)用受到極大限制。
8月19日，科技日報(bào)記者從中國科學(xué)院金屬研究所了解到，借助太空微重力環(huán)境，該所趙九洲研究員項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在相分離合金制備方面取得了重要進(jìn)展。他們建立了相分離合金凝固過程模型，探索了用電場、磁場和微合金化等調(diào)控相分離合金凝固過程、促進(jìn)原位復(fù)合凝固組織形成的可行性。
日常生活中，有很多相分離現(xiàn)象，比如油浮在水的上層，或在水滴表面形成油殼。很多合金在凝固的過程中也會(huì)有類似的難以“混溶”現(xiàn)象，即合金熔體在冷卻過程首先會(huì)析出第二相液滴或顆粒，發(fā)生液—液或液—固相分離。這類合金被統(tǒng)稱為相分離合金。
長期以來，材料科學(xué)家致力于相分離合金的凝固過程研究，期望能通過使用合理的凝固方法和優(yōu)化凝固過程工藝參數(shù)，獲取具有理想凝固組織的相分離合金材料，滿足工業(yè)需求。
“但是，相分離的金屬在地面重力條件下凝固時(shí)，極易形成分布不均勻乃至金屬元素分層的組織。因此，長期以來該類合金的研制與應(yīng)用受到嚴(yán)重制約。”趙九洲說。
太空微重力環(huán)境為解決這一問題帶來了曙光。空間環(huán)境能夠提供長時(shí)間穩(wěn)定的微重力條件，可有效消除地面重力導(dǎo)致的熔體對流和析出相的沉積與浮動(dòng)現(xiàn)象，為相分離合金凝固理論研究提供了優(yōu)異的條件。
近年來，在中國載人空間站工程等項(xiàng)目的支持下，趙九洲項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)基于大量的地面研究，優(yōu)化設(shè)計(jì)了相分離合金的成分和凝固工藝，在天宮二號(hào)以及中國空間站上開展了相分離合金的凝固實(shí)驗(yàn)，獲得了鋁鉍錫和釓鈦鈷原位粒子均勻分布的復(fù)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，科研團(tuán)隊(duì)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，提出了相分離合金凝固組織調(diào)控方法，為相分離合金的成分設(shè)計(jì)與工業(yè)制備技術(shù)研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
更重要的是，在項(xiàng)目研究過程中，團(tuán)隊(duì)高度重視理論研究成果在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。以相關(guān)理論為指導(dǎo)，他們研發(fā)了多種關(guān)鍵材料的制備技術(shù)，制備的相分離合金材料在核電、電子通信、裝備制造等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。
“基于這些研究，從2004年至今，我們在《國家科學(xué)評(píng)論》《材料雜志》等期刊上發(fā)表論文200余篇，獲授權(quán)發(fā)明專利40余項(xiàng)，并且撰寫了學(xué)術(shù)專著《金屬基復(fù)合材料原位形成理論基礎(chǔ)》。”趙九洲說。
這些成果獲得了國內(nèi)外學(xué)者的高度評(píng)價(jià)。他們認(rèn)為，趙九洲團(tuán)隊(duì)利用航天飛行器對二元和三元相分離合金凝固行為進(jìn)行了開拓性研究，這些研究有助于澄清相分離合金凝固組織演變的動(dòng)力學(xué)細(xì)節(jié)。
相分離合金因具有獨(dú)特的物理與力學(xué)性能，以及在機(jī)械、汽車和電子等領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景，近年來越來越受到人們關(guān)注。
然而，在地面常規(guī)凝固條件下，該類合金很難制備，其應(yīng)用受到極大限制。
8月19日，科技日報(bào)記者從中國科學(xué)院金屬研究所了解到，借助太空微重力環(huán)境，該所趙九洲研究員項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在相分離合金制備方面取得了重要進(jìn)展。他們建立了相分離合金凝固過程模型，探索了用電場、磁場和微合金化等調(diào)控相分離合金凝固過程、促進(jìn)原位復(fù)合凝固組織形成的可行性。
日常生活中，有很多相分離現(xiàn)象，比如油浮在水的上層，或在水滴表面形成油殼。很多合金在凝固的過程中也會(huì)有類似的難以“混溶”現(xiàn)象，即合金熔體在冷卻過程首先會(huì)析出第二相液滴或顆粒，發(fā)生液—液或液—固相分離。這類合金被統(tǒng)稱為相分離合金。
長期以來，材料科學(xué)家致力于相分離合金的凝固過程研究，期望能通過使用合理的凝固方法和優(yōu)化凝固過程工藝參數(shù)，獲取具有理想凝固組織的相分離合金材料，滿足工業(yè)需求。
“但是，相分離的金屬在地面重力條件下凝固時(shí)，極易形成分布不均勻乃至金屬元素分層的組織。因此，長期以來該類合金的研制與應(yīng)用受到嚴(yán)重制約。”趙九洲說。
太空微重力環(huán)境為解決這一問題帶來了曙光。空間環(huán)境能夠提供長時(shí)間穩(wěn)定的微重力條件，可有效消除地面重力導(dǎo)致的熔體對流和析出相的沉積與浮動(dòng)現(xiàn)象，為相分離合金凝固理論研究提供了優(yōu)異的條件。
近年來，在中國載人空間站工程等項(xiàng)目的支持下，趙九洲項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)基于大量的地面研究，優(yōu)化設(shè)計(jì)了相分離合金的成分和凝固工藝，在天宮二號(hào)以及中國空間站上開展了相分離合金的凝固實(shí)驗(yàn)，獲得了鋁鉍錫和釓鈦鈷原位粒子均勻分布的復(fù)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，科研團(tuán)隊(duì)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，提出了相分離合金凝固組織調(diào)控方法，為相分離合金的成分設(shè)計(jì)與工業(yè)制備技術(shù)研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
更重要的是，在項(xiàng)目研究過程中，團(tuán)隊(duì)高度重視理論研究成果在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。以相關(guān)理論為指導(dǎo)，他們研發(fā)了多種關(guān)鍵材料的制備技術(shù)，制備的相分離合金材料在核電、電子通信、裝備制造等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。
“基于這些研究，從2004年至今，我們在《國家科學(xué)評(píng)論》《材料雜志》等期刊上發(fā)表論文200余篇，獲授權(quán)發(fā)明專利40余項(xiàng)，并且撰寫了學(xué)術(shù)專著《金屬基復(fù)合材料原位形成理論基礎(chǔ)》。”趙九洲說。
這些成果獲得了國內(nèi)外學(xué)者的高度評(píng)價(jià)。他們認(rèn)為，趙九洲團(tuán)隊(duì)利用航天飛行器對二元和三元相分離合金凝固行為進(jìn)行了開拓性研究，這些研究有助于澄清相分離合金凝固組織演變的動(dòng)力學(xué)細(xì)節(jié)。
本文鏈接：天地協(xié)同探索合金“混溶”奧秘http://www.sq15.cn/show-2-8109-0.html
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