轉(zhuǎn)新材料在線

　　1958年，美國Chance vought 航空公司在研究碳纖維/酚醛樹脂復(fù)合材料時(shí)，發(fā)生了一些失誤，使樹脂基體未被氧化而發(fā)生了熱解形成基體碳，這是世界上首次發(fā)現(xiàn)碳/碳復(fù)合材料。2001年，由于一個(gè)突發(fā)奇想，在中南大學(xué)博士后科研流動(dòng)站從事研究工作的肖鵬決定綜合兩位導(dǎo)師的研究，將碳/碳復(fù)合材料與陶瓷基復(fù)合材料融合，這是他首次提出碳陶概念。經(jīng)過近20年的技術(shù)攻堅(jiān)和產(chǎn)品試驗(yàn)，碳陶復(fù)合材料完美地結(jié)合了碳/碳復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料的優(yōu)勢，以其低密度、耐高溫、高能載水平、長壽命和全環(huán)境適用等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是極具競爭力的新一代制動(dòng)材料。這種突發(fā)奇想研制成的材料，有可能成為耐高溫摩擦材料界的“扛把子”，被用來生產(chǎn)剎車盤和其他耐高溫結(jié)構(gòu)件。為實(shí)現(xiàn)高性能碳陶復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化，湖南世鑫新材料有限公司(以下簡稱：世鑫新材)成立于2016年12月?！肮救∶丽巍?，鑫的寓意是粉末冶金，我們要向全世界推廣我們的粉末冶金研究成果?！毙i曾公開表示。

　　中國的第一顆原子彈爆炸、第一枚運(yùn)載火箭升空、第一艘核潛艇下水、第一架國產(chǎn)飛機(jī)首飛，這些民族魂的背后都蘊(yùn)含著中南元素。經(jīng)過六十余年的發(fā)展，中南大學(xué)學(xué)科性公司的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺(tái)如雨后春筍般不斷涌現(xiàn)，更是擁有世界上最為完備的有色冶金學(xué)科體系鏈，成為我國新材料領(lǐng)域集教學(xué)、科研和產(chǎn)業(yè)為一體的綜合性基地。肖鵬坦言，選擇中南大學(xué)從事博士后研究正是看中了這種“中南傳承”，世鑫新材高性能碳陶復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目的成功更是離不開“中南傳承”。在西北工業(yè)大學(xué)攻讀博士期間，肖鵬師從中國工程院院士張立同;2001年來到中南大學(xué)從事博士后研究后，又師從中國工程院院士黃伯云。張立同院士主要從事航空航天高溫陶瓷及其復(fù)合材料研究，黃伯云院士長期從事先進(jìn)復(fù)合材料、高性能摩擦材料、高溫結(jié)構(gòu)材料、粉末冶金材料以及其它新材料的研究與開發(fā)。2004年，兩位院士研究的碳碳復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料項(xiàng)目同時(shí)獲得國家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)，結(jié)束了這一獎(jiǎng)項(xiàng)連續(xù)6年空缺的歷史。 2001年，申報(bào)課題時(shí)，肖鵬萌生了一個(gè)新的想法：“兩個(gè)方向都有人做了，我把兩個(gè)方向結(jié)合一下，把碳/碳復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料融合，讓二者的優(yōu)勢互補(bǔ)，不是更好嘛。”于是，國內(nèi)碳陶復(fù)合材料的研究應(yīng)運(yùn)而生?！爸心洗髮W(xué)不僅有不拘一格降人才的傳統(tǒng)，還非常包容，黃院士知道我要做碳陶這個(gè)新的東西后非常支持。”肖鵬說。對于這個(gè)“突發(fā)奇想”的研究方向以及后續(xù)結(jié)出的豐碩成果，肖鵬將其中的一大部分原因歸結(jié)于運(yùn)氣?！拔覍儆谶\(yùn)氣特別好的人，兩位老師研究做得好，我稍微調(diào)整一下就出了新東西。”當(dāng)然，肖鵬的一部分運(yùn)氣還來源于平臺(tái)的“助攻”。他所在的中南大學(xué)粉末冶金研究院立院的根本就在于產(chǎn)業(yè)報(bào)國?！鞍鸭夹g(shù)轉(zhuǎn)化成產(chǎn)業(yè)這是中南的傳承，身邊值得借鑒的成功經(jīng)驗(yàn)很多?！?/p>

　　2019年6月18日，是世鑫新材的高光時(shí)刻。這一天，其生產(chǎn)的時(shí)速400公里高速列車制動(dòng)盤與閘片下線。這意味著國外企業(yè)對高速列車制動(dòng)盤的壟斷成為過去。“我國的高速列車制動(dòng)盤之前都是鋼材料，而其中百分之八九十都是進(jìn)口或由合資、外資企業(yè)供應(yīng)，自己生產(chǎn)的很少?！毙i告訴《大國之材》，世鑫新材研制的碳陶復(fù)合材料制動(dòng)盤解決了國產(chǎn)化問題。相比傳統(tǒng)材料，碳陶材料質(zhì)量輕，更加節(jié)能、減噪，同時(shí)，碳陶材料還抗氧化，能耐2000℃高溫，而且韌性好，不易磨損?！耙粋€(gè)碳陶制動(dòng)盤重量是傳統(tǒng)鋼材料的四分之一，可為每列車減重10噸，大幅降低噪音，使用壽命也增加一倍。”

　　從第一次提出“碳陶”這個(gè)概念，到得到業(yè)界的認(rèn)可，再到將其應(yīng)用在大國重器上。肖鵬用了將近20年的時(shí)間。2001年，將“極軟的碳/碳與極硬的陶瓷結(jié)合在一起”的想法初步形成，經(jīng)過3年無數(shù)次的試驗(yàn)與失敗。2003年，軟與硬材料的結(jié)合終于被解決，肖鵬在論文中首次提出碳陶概念?！捌鋵?shí)最開始我們叫碳硅，后面再轉(zhuǎn)成碳陶的，做項(xiàng)目的時(shí)候也不敢叫碳陶，因?yàn)榇蠹覍μ沾傻挠∠笫恰擦恕X得不可能用作剎車制動(dòng)材料。”肖鵬笑著說，2005年至2012年，碳陶材料也就慢慢得到業(yè)界的認(rèn)可。期間，“高性能碳陶復(fù)合材料及應(yīng)用”入選國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃。2012年，碳陶復(fù)合材料制動(dòng)盤通過時(shí)速420公里的臺(tái)架試驗(yàn)，這是目前最高的速度。之后，肖鵬和團(tuán)隊(duì)開始為碳陶材料的產(chǎn)業(yè)化做鋪墊。2016年1月，肖鵬以中南大學(xué)名義向鐵路總公司打了一個(gè)報(bào)告，闡述了碳陶材料的優(yōu)勢特點(diǎn)及在高速列車上應(yīng)用的可能性。很快，鐵總給出了回應(yīng)，中車旗下多個(gè)公司對此進(jìn)行調(diào)研，并成功立項(xiàng)。

　　隨著研究項(xiàng)目獲得中國鐵路總公司等多方關(guān)注，中車青島四方、中車株機(jī)等相繼向他們拋來橄欖枝，公司化運(yùn)作也變得迫在眉睫。于是，世鑫新材于2016年12月誕生。公司定位是集“產(chǎn)、學(xué)、研”為一體的高科技企業(yè)，光伏熱場、軌道交通、乘用車、半導(dǎo)體等領(lǐng)域用碳陶復(fù)合材料及其產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。

　　碳陶復(fù)合材料制動(dòng)技術(shù)是時(shí)速400公里及以上高速客運(yùn)裝備4大創(chuàng)新技術(shù)之一。世鑫新材打破德國、日本等國的技術(shù)壟斷，成功解決了時(shí)速400km公里高速列車碳陶制動(dòng)盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制備、加工、應(yīng)用考核中的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，并在2019年5月通過了中車主機(jī)廠的嚴(yán)格考核，交付中車青島四方裝車試用。

　　自2017年7月落地株洲動(dòng)力谷自主創(chuàng)新園以來，世鑫新材高性能碳陶復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)已形成以軌道交通為核心，涵蓋軌道交通、汽車板塊。對于肖鵬和世鑫而言，研究碳陶復(fù)合材料的社會(huì)效應(yīng)要高于經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。目前，我國90%的高速列車以及70%的城軌地鐵都在用德國克諾爾集團(tuán)供應(yīng)的制動(dòng)盤，使得我國在很多時(shí)候都受制于人。解決了碳陶復(fù)合材料在高速列車上的應(yīng)用，世鑫接下來的關(guān)鍵一步就是將其大批量應(yīng)用在軌道交通、新能源汽車等領(lǐng)域?！澳壳?，我們在軌道交通上的應(yīng)用還處于試用的狀態(tài)。在汽車領(lǐng)域，我們的推廣還是不錯(cuò)的，現(xiàn)在正準(zhǔn)備做行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)?！比绻麑⑹丽翁继諒?fù)合材料的商業(yè)化應(yīng)用看作是一場長跑，肖鵬認(rèn)為，世鑫目前處于沖刺跑的階段。而要做好沖刺，還有幾個(gè)問題待解。首先，要降成本，“從高貴的公主變成鄰家女孩?！逼浯问墙翟?，控制在不同應(yīng)用領(lǐng)域的噪音，再者是控制摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性。

　　在肖鵬看來，無論是軌道交通還是汽車，市場都是百億級的，只有做好了準(zhǔn)備，才能隨時(shí)擁抱市場?！澳壳皝砜矗覀冏龅眠€可以，現(xiàn)在最核心的就是降成本，使這種材料應(yīng)用更廣泛。”