鋁基複合材料在中國民用航空器上的應用與生產概況(下)

2020-12-04 世鋁網

　　哈爾濱將成為中國複合材料主要研發生產基地

　　早在新世紀初，哈爾濱飛機製造公司就組建了中外合資的複合材料企業，生產直升機用的複合材料，當前，哈爾濱在科技創新和技術改造的雙輪驅動下，大力發展新材料產業，鋁基複合材料是其主要品種，已形成了哈南工業新城以東北輕合金有限責任公司、黑龍江鑫達集團、哈爾濱卡普勒（西班牙）航空複合材料有限公司等骨幹企業為主的鋁合金及鎂合金材料、複合材料產業集群；松北科技創新城以哈爾濱萬鑫石墨谷科技有限公司、哈爾濱威爾焊接有限責任公司等骨幹企業為主的石墨、石墨烯、焊接材料產業集群以及南崗區哈爾濱烯創材料有限公司等企業為主的新材料產業園。

　　下一步，哈爾濱將以新區為依託，堅持高新化、集群化、國際化、市場化原則，發揮高校、科研院所云集和新材料企業集聚優勢，加快推進產學研聯合，提升開發區載體功能，推動哈爾濱萬鑫石墨谷科技有限公司的石墨烯複合導體漿料產品系列化、規模化；推進總規劃面積10×106m2國家級鋁、鎂合金新材料產業化基地，力爭2020年全面投產，實現500億元目標；提升黑龍江省（南崗區）先進複合材料產業基地入駐企業自主創新能力和產業化能力，力爭到2020年產值突破400億元。

　　哈爾濱會很快形成鋁合金新材料、鎂合金新材料、鈦合金新材料、高性能碳纖維及先進複合材料、高檔焊接新材料等基地。

　　中鋁山東鋁業公司SiCp/AI複合材料

　　這種以SiC粒子增強的鋁基複合材料是中鋁山東鋁業有限公司研發的，具有高強度、超強耐磨、抗腐蝕性能好，它的密度約為鋼的1/3，比強度不但比純鋁的高，而且比中碳鋼的還大一些，可以在300℃~350℃的溫度下長期穩定工作，發達國家已規模化商業化生產，廣泛用於製造汽車發動機活塞、齒輪箱、飛機起落架零件、高速列車、精密儀器儀表零部件。國內市場價格近20萬元/噸。國內用這種材料鑄造終端產品的工藝尚處於研發階段，深加工關鍵工藝還未完善，尚無企業進行大規模化生產。不過這種複合材料的研發成功，不僅填補了國內鋁基複合材料規模化生產的空白，而且打破了長期全部依賴進口的局面。

　　天津波音複合材料有限責任公司

　　該公司是波音飛機公司與中國航空工業集團公司組建的合資企業，在2016年10月27日在天津舉辦的「中國-波音航空工業合作論壇」期間獲得了波音民用飛機集團授予的5個全新先進部件生產工作包，內含777X油箱門、787水平穩定翼面板、737雷達罩、777雷達罩和737副翼調整片。

　　此外，天津波音複合材料公司在論壇上還與瀋陽西子產業有限公司籤署了737飛機駕駛室內飾壁板合同。在通過隨後技術認證後，瀋陽西子公司將成為中國國內首家波音次級供應商的民營航空零件企業。

　　寧波打造世界石墨烯產業創新區

　　2014年5月28日，寧波市政府發布了《寧波市石墨烯創新與產業中長期發展規劃（2014~2023）》，未來10年，寧波將打造全球的石墨烯技術創新區。

　　石墨烯/鋁複合材料

　　用石墨烯增強的鋁基複合材料具有一系列獨特的性能，例如在汽車產業可用具有超強度的石墨烯/鋁複合材料作車體材料，可確保汽車在強度不變甚至更高的基礎上，質量大為減輕，從而提高車輛行程；利用石墨烯良好的導熱性、導電性和無與倫比的強度與硬度，可製作石墨烯導靜電輪胎，避免普通輪胎與地面摩擦產生的靜電，從而避免裝有易爆易燃等危險品車輛發生爆炸。

　　石墨烯有顆粒狀的也有薄膜狀的，是一種從石墨烯中剝離下來，由碳原子構成的單層片狀結構新材料，厚度僅為一個原子，是目前已知的世界上最薄的材料，是六角形呈蜂窩晶格的平面薄膜，抗拉強度是碳鋼的100多倍。

　　在自然界中，石墨烯這種材料最薄、最結實、導電性極好，在工業領域幾乎無所不能，是一種名副其實的超級材料。2004年，英國曼徹斯特大學安·海姆和康·諾沃肖洛夫領導的研究小組利用微機械剝離法首次獲得石墨烯，他們因此於2010年獲得了諾貝爾物理學獎。現在全世界都在研究石墨烯的製備與應用。

　　中國在這次石墨烯研發浪潮中跑在最前面，有發展石墨烯的獨特優勢，中國石墨烯儲量約佔全球總儲量的70%，生產量約佔世界總產量的70%，近些年中國獲得有關石墨烯的專利約佔全世界總量的65%以上，至2018年12月，中國註冊的石墨烯企業在120家以上，並於2017年6月，中國航發航材院、中國航發集團公司和北京市政府共同出資10億元，聯合發起成立國有控股公司——北京石墨烯技術研究院有限公司，積極創建石墨烯產業創新中心。該公司秉持「全球第一的石墨烯複合技術研究及產業孵化中心」的建設目標，立志通過一兩年的發展成為代表國家形象、有國際引領作用的新材料研發中心。

　　結束語

　　2017年中國碳纖維的產量近10kt，生產能力約20kt/a，其中的中復神鷹有限公司，其生產能力約3.5kt/a，其餘20多家的規模都較小。國外在此領域主要生產企業是日本東麗公司、帝人公司、三菱化學公司，他們的生產能力約60kt/a，2017年的產量達世界總產量的70%，約為55kt，主要用戶為航空太空飛行器與汽車製造企業。中國已將碳纖維及其增強鋁基複合材料列為重點發展項目，在稅收、人才和土地等方面都得到政府部門支持，到2025年，中國碳纖維和石墨烯產量可能達到70kt，佔世界總產量的55%以上，成為全球領跑者。

　　鋁基複合材料生產必須過六關：原材料製備，特別是碳纖維與石墨烯批量生產；複合材料製造；半成品加工；成品精準製造；價格合理，比日本產品便宜30%以上；廢料可全部回收並得到有效利用。（王祝堂）

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