曾推動鎂合金研究走向世界前列，近期又發(fā)力高端制造檢測設(shè)備替代

2023-06-24 06:03:15來源：DeepTech深科技

“自改革開放以來，中國產(chǎn)業(yè)的發(fā)展從向下拓展，正在逐步朝著向上溯源的方向邁進?！敝袊こ淘涸菏?、輕合金精密成型國家工程研究中心主任、上海交通大學(xué)氫科學(xué)中心主任丁文江表示。

【資料圖】

圖丨丁文江（來源：資料圖）

1953 年，丁文江出生于上海市。后來，他來到上海交通大學(xué)鑄造工藝與裝備專業(yè)學(xué)習(xí)，并于 1981 年畢業(yè)后留校工作。

在科研腳步剛剛開始之際，丁文江專注于鋁材料領(lǐng)域，并以非熱處理強化鋁合金為研究重點。1983 年，基于一次偶然的契機，他轉(zhuǎn)入對鎂材料的研究，并在該領(lǐng)域披荊斬棘了長達四十年。他的科研經(jīng)歷和轉(zhuǎn)化落地的一系列探索，在某種程度上也與他提出的“向上溯源、自立自強”的發(fā)展理念相符。

聚焦鎂合金材料四十載，多次取得突破性成果

每一個學(xué)過化學(xué)的人，都應(yīng)該知道鎂這種金屬元素。它占據(jù)著元素周期表上第 12 號排位，它既是于自然界廣泛分布、且屬于人體必需元素的一種，又是常見的一類密度小、化學(xué)活性大的輕金屬。

但在實際生活中，普通人似乎只能通過兩種方式直接知道鎂這種元素。其一是節(jié)日之際燃放的焰火，就是通過鎂燃燒后會發(fā)出刺眼光芒的原理制成的，如果在其中添加不同的氧化物，便可呈現(xiàn)出豐富的色彩。其二是早期照相時使用的鎂光燈，也是通過燃燒鎂粉放出強光實現(xiàn)的。

于丁文江而言，他和鎂的結(jié)識有些與眾不同。

1983 年，中國剛剛引進桑塔納轎車。在推進國產(chǎn)桑塔納下線的過程中，上海第一汽車附件廠發(fā)生了一次燃燒事件。當(dāng)時相關(guān)負責(zé)人以為是鋁發(fā)生了燃燒，便邀請從事鋁研究的丁文江前來一探究竟，但經(jīng)過確認才發(fā)現(xiàn)，是桑塔納上的兩個鎂合金零件，即變速箱的殼體和殼蓋，發(fā)生了燃燒。

這次經(jīng)歷，讓丁文江開始對鎂材料產(chǎn)生興趣。

1987 年，他參與到桑塔納轎車鎂合金變速箱的國產(chǎn)化科研工作中。

“當(dāng)時，中國正值改革開放，幾乎所有產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域都在引進國外生產(chǎn)線，包括鋼鐵、洗衣機、電視機、冰箱等。我們科技人員的主要職責(zé)，就是把引進來的產(chǎn)品進行國產(chǎn)化。”丁文江表示。

在他們投身于鎂合金材料的制備時，發(fā)現(xiàn)其中存在一個很大的問題。

一般來說，所有的金屬材料都是先熔化，再燃燒，也就是熔點低于燃點。但鎂材料卻剛好相反，因為其燃點低于熔點，所以往往還沒熔化，就會與氧氣發(fā)生反應(yīng)并燃燒。

可是，在制造任何產(chǎn)品之前，都需要先經(jīng)過熔化材料這個環(huán)節(jié)。因此，鎂的這種特性，給產(chǎn)品生產(chǎn)帶來了極大阻礙。

雖然他們使用各種手段，來為鎂材料提供保護，但這種方式也增加了生產(chǎn)的難度，并提高了成本。

為了攻克這個問題，丁文江開始研究鎂發(fā)生燃燒的原因。

和鋁一樣，鎂和氧的親和力也非常大。不過，鋁和氧可以通過反應(yīng)生成三氧化二鋁，后者能夠阻止鋁繼續(xù)被氧化。而鎂的氧化膜是疏松的，就像魚鱗一樣，存在一片一片的間隙，所以并不能阻止鎂的持續(xù)氧化。

基于此，丁文江和團隊通過改造鎂的氧化物結(jié)構(gòu)，即使用摻雜稀土元素的氧化膜，讓其和鎂的氧化膜實現(xiàn)互補，進而開發(fā)了阻燃鎂合金，成功地將鎂的燃點從 520℃ 提升到 935℃，遠遠高于鎂的熔點（651℃）?；谠擁棾晒麄儷@得了國家科學(xué)技術(shù)進步獎。

除了燃點較低外，鎂還存在另外一個弱點，那就是強度不夠高，而這會給大規(guī)模應(yīng)用帶來難題。

對此，他們在高強度鎂合金方面進行探索，最終將鎂合金的強度提高到 500 兆帕，使用溫度提高到 300℃。

將鎂和氫成功地聯(lián)系到一起，開拓出鎂基能源材料的研究方向，則是丁文江的又一項重要研究。

在推進新能源發(fā)展和綠色低碳轉(zhuǎn)型的過程中，排在元素周期表第一位的化學(xué)元素氫，扮演著關(guān)鍵角色。雖然氫是綠色清潔能源，但其要想實現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用，卻并非輕而易舉。

這是因為，氫通常以由雙原子分子組成的氫氣形態(tài)存在，在常溫常壓的狀態(tài)下，極易發(fā)生燃燒和爆炸，非常不利于儲存和運輸。即使是采用目前常用的高壓氣態(tài)儲氫和低溫液態(tài)儲氫等儲氫方式，也需要耗費巨大成本。

為了破解這個難題，丁文江團隊花了很長時間探索和嘗試。最終，他們決定將鎂和氫直接結(jié)合，從而制備出含有鎂氫元素的合金材料，讓氫能夠借助常溫低壓條件下固態(tài)儲存的方式，很好地“留存”在鎂基材料中。

經(jīng)過測試，他們發(fā)現(xiàn)采用固態(tài)儲氫方式，可以實現(xiàn)每立方米 110 公斤氫氣的儲存。這一數(shù)據(jù)遠遠超過用高壓氣態(tài)和低溫液態(tài)方式儲存的氫氣量，后兩者分別為每立方米儲氫 14.4 公斤和 70 公斤。據(jù)了解，去年 12 月，他們已經(jīng)設(shè)計出可以儲存 1.5 噸氫氣的世界首臺標準化鎂基固態(tài)儲氫車。

據(jù)悉，這種固態(tài)儲氫方式，既能夠適應(yīng)大規(guī)模、長距離的氫運輸，又有利于儲存多余的能源，可廣泛應(yīng)用于儲能、交通運輸、熱電聯(lián)供等領(lǐng)域。

聯(lián)合創(chuàng)立高端制造設(shè)備公司，助推技術(shù)自立自強

“中國改革開放的前三十年里，在跟蹤、模仿、引進、消化、吸收和競爭上，花了很大的力氣。我把這個發(fā)展現(xiàn)狀做了一個總結(jié)，叫向下拓展。桑塔納的引進和國產(chǎn)化，便可看作是其中的一個縮影。十八大以來，我國進一步加強了對科技創(chuàng)新的重視。如今二十大又將科技發(fā)展提到了一個更高的程度，即加快推進自立自強。因此我認為，未來我國科技一定會以向上溯源為發(fā)展方向?！倍∥慕硎?。

迎著這個發(fā)展趨勢，丁文江聯(lián)合中國科學(xué)院院士張澤，以及其他經(jīng)驗豐富的工程技術(shù)專家，共同創(chuàng)辦了無錫亙芯悅科技有限公司，并由丁文江院士擔(dān)任公司的首席科學(xué)家。

據(jù)介紹，這是一家高端制造設(shè)備公司，主要聚焦于量測與檢測設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)，應(yīng)用于半導(dǎo)體等高端制造業(yè)。

圖丨坐落于無錫新吳區(qū)微納園的亙芯悅（來源：資料圖）

在該公司名稱的背后，隱含著哪些立意呢？

據(jù)丁文江介紹，亙芯悅所專注的業(yè)務(wù)，是芯片生產(chǎn)過程中必不可少的一個環(huán)節(jié)，會對中國芯片產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展起到良好的補充作用。

因此，“亙”是亙古不變的意思，表達公司堅持立足長遠的發(fā)展使命；“悅”則取高興之意，希望既能夠讓芯片感到高興，又能夠讓做芯片行業(yè)的人感到高興，意在開發(fā)高質(zhì)量的檢測設(shè)備。

圖丨公司圖（來源：資料圖）

那么，該公司的初衷與使命，又將以怎樣的發(fā)展策略來踐行呢？

丁文江表示：“我們主要從完成進口替代和實現(xiàn)存量選優(yōu)這兩個策略出發(fā)?！?/p>

對于進口替代，他介紹了公司正在開展的其中兩方面工作。

一方面，是實現(xiàn)檢測設(shè)備中腔體材料的更新?lián)Q代。

在檢測設(shè)備中，有一個用于提供真空環(huán)境的腔體。它的精度和穩(wěn)定性，對于設(shè)備性能來說至關(guān)重要。