由于镁的价电子结合能低,原子间凝聚力弱,导致镁的绝对弹性模量低,仅不足45GPa,这导致镁合金在许多零部件应用上的刚度低。针对轻质高模量的颗粒增强镁基复合材料,本团队通过对制备工艺、基体合金和颗粒增强体三者结合设计,开展了可满足量产应用的镁基复合材料开发。基体合金体系的设计包括搅拌工艺窗口、强韧性与热导率三方面,增强体的设计包括表面质量与混杂增强,制备工艺上进行半固态搅拌铸造工艺与热变形工艺、后热处理工艺的全流程优化,并在此基础上自主开发大尺寸化的制备工艺与装备,所研制的颗粒增强镁基复合材料组织均匀,实现模量突破70GPa、延伸率≥6%、抗拉强度≥370MPa的结合,可满足高刚度、高强韧性场景的需求。
材料性能突出:轻质高模量镁基复合材料具有较低的密度和优异的力学性能。通过在镁基体中引入高强度纤维增强材料,如碳纤维或玻璃纤维,使得复合材料的强度和模量显著提高。这使得该材料在航空航天、汽车工业等领域中具备广泛的应用潜力。
大尺寸制备突破:成功实现了轻质高模量镁基复合材料的大尺寸制备。通过优化制备工艺和设备,能够制备大面积、大尺寸的镁基复合材料板材、型材或零部件。这为复合材料在更广泛的领域和应用中提供了可能性,例如航空航天和汽车工业中对大尺寸结构件的需求。
界面处理技术突破:针对镁基复合材料的界面问题,研发了有效的界面处理技术。通过表面处理、界面改性等方法,改善了复合材料界面的结合强度和耐久性,提高了材料的综合性能和可靠性。这些界面处理技术为复合材料在实际应用中的稳定性和可靠性提供了重要保障。
成型加工技术创新:研究和发展了适用于轻质高模量镁基复合材料的成型加工技术。通过挤压、压缩成型、注塑等方法,成功制备了复材板材、型材和复材零部件。这些成型加工技术具有高效、精确的特点,为复合材料的量产提供了可行的解决方案。
上海交通大学(Shanghai Jiao Tong University),简称“上海交大”,位于上海,是中华人民共和国教育部直属、上海市共建、中央直管的全国重点大学 [132] ,位列国家“双一流”“985工程”“211工程”, [131] 为九校联盟 [134] 、环太平洋大学联盟、21世纪学术联盟、中国大学校长联谊会、Universitas 21、国际应用科技开发协作网、新工科教育国际联盟、亚洲校园 [154] 成员,入选“珠峰计划”、“强基计划”、“111计划”、“2011计划”、卓越医生教育培养计划、卓越法律人才教育培养计划、卓越工程师教育培养计划、卓越农林人才教育培养计划、国家建设高水平大学公派研究生项目、中国政府奖学金来华留学生接收院校、学位授权自主审核单位。
评价单位:“科创中国”新材料产业科技服务团(江西) (中国材料研究学会)
评价时间:2023-11-01
综合评价
综合评价来看,该科技成果的轻质高模量镁基复合材料具有非常重要的市场应用潜力。其突破了传统材料的限制,提供了一种轻量化、高强度和高模量的解决方案,满足了多个行业对材料性能的要求。
首先,该材料在航空航天领域具有突出的应用前景。轻质化特性可以减轻飞机等航空器的重量,提高燃料效率和载荷能力,进而节约成本并减少对环境的影响。同时,高模量特性保证了结构的刚性和耐久性,使得材料在极端条件下仍能保持稳定性能。这些特点使得该材料在航空航天领域中广泛应用的前景非常可观。
其次,该材料在汽车工业中也具备广泛的应用市场。轻质化特性能够帮助汽车行业提高燃油效率和减少排放,符合环保和可持续发展的趋势。高强度和高模量特性能够提供车身结构的强度和刚性支撑,提高安全性和驾驶体验。因此,在汽车工业中,该材料有望成为轻量化设计和新能源汽车发展的重要支撑。
此外,该材料在其他领域,如3C电子产品和制造业中,也具备广泛的应用潜力。其轻量化特性可以提供更轻巧、便携的产品,适应现代消费者对于便利性和移动性的需求。高强度和高模量特性则有助于提高产品的可靠性和性能,满足制造业对材料性能的要求。
综上所述,该科技成果的轻质高模量镁基复合材料在航空航天、汽车工业、3C电子产品以及制造业等多个领域具备广阔的市场应用前景。其突破性的性能特点和创新的制备技术为相关行业的发展带来了重要的推动力,有望促进行业的创新、减少资源消耗、提高产品性能和用户体验。这一科技成果的市场应用潜力非常可观,将为社会经济的可持续发展作出积极的贡献。
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