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铝基复合材料在中国民用航空器上的应用与生产概况(下)

中国有色金属报2019/06/13 10:12:15

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铝道网哈尔滨将成为中国复合材料主要研发生产基地

早在新世纪初,哈尔滨飞机制造公司就组建了中外合资的复合材料企业,生产直升机用的复合材料,当前,哈尔滨在科技创新和技术改造的双轮驱动下,大力发展新材料产业,铝基复合材料是其主要品种,已形成了哈南工业新城以东北轻合金有限责任公司、黑龙江鑫达集团、哈尔滨卡普勒(西班牙)航空复合材料有限公司等骨干企业为主的铝合金镁合金材料、复合材料产业集群;松北科技创新城以哈尔滨万鑫石墨谷科技有限公司、哈尔滨威尔焊接有限责任公司等骨干企业为主的石墨、石墨烯、焊接材料产业集群以及南岗区哈尔滨烯创材料有限公司等企业为主的新材料产业园。

下一步,哈尔滨将以新区为依托,坚持高新化、集群化、国际化、市场化原则,发挥高校、科研院所云集和新材料企业集聚优势,加快推进产学研联合,提升开发区载体功能,推动哈尔滨万鑫石墨谷科技有限公司的石墨烯复合导体浆料产品系列化、规模化;推进总规划面积10×106m2国家 级铝、镁合金新材料产业化基地,力争2020年面投产,实现500亿元目标;提升黑龙江省(南岗区)先进复合材料产业基地入驻企业自主创新能力和产业化能力,力争到2020年产值突破400亿元。

哈尔滨会很快形成铝合金新材料、镁合金新材料、钛合金新材料、高性能碳纤维及先进复合材料、高档焊接新材料等基地。

中铝山东铝业公司SiCp/AI复合材料

这种以SiC粒子增强的铝基复合材料是中铝山东铝业有限公司研发的,具有高强度、超强耐磨、抗腐蚀性能好,它的密度约为钢的1/3,比强度不但比纯铝的高,而且比中碳钢的还大一些,可以在300℃~350℃的温度下长期稳定工作,发达国家已规模化商业化生产,广泛用于制造汽车发动机活塞、齿轮箱、飞机起落架零件、高速列车、精密仪器仪表零部件。国内市场价格近20万元/吨。国内用这种材料铸造终端产品的工艺尚处于研发阶段,深加工关键工艺还未完善,尚无企业进行大规模化生产。不过这种复合材料的研发成功,不仅填补了国内铝基复合材料规模化生产的空白,而且打破了长期全部依赖进口的局面。

天津波音复合材料有限责任公司

该公司是波音飞机公司与中国航空工业集团公司组建的合资企业,在2016年10月27日在天津举办的“中国-波音航空工业合作论坛”期间获得了波音民用飞机集团授予的5个全新先进部件生产工作包,内含777X油箱门、787水平稳定翼面板、737雷达罩、777雷达罩和737副翼调整片。

此外,天津波音复合材料公司在论坛上还与沈阳西子产业有限公司签署了737飞机驾驶室内饰壁板合同。在通过随后技术认证后,沈阳西子公司将成为中国国内首 家波音次级供应商的民营航空零件企业。

宁波打造世界 领先石墨烯产业创新区

2014年5月28日,宁波市政府发布了《宁波市石墨烯创新与产业中长期发展规划(2014~2023)》,未来10年,宁波将打造全球领先的石墨烯技术创新区。

石墨烯/铝复合材料

用石墨烯增强的铝基复合材料具有一系列独特的性能,例如在汽车产业可用具有超强度的石墨烯/铝复合材料作车体材料,可确保汽车在强度不变甚至更高的基础上,质量大为减轻,从而提高车辆行程;利用石墨烯良好的导热性、导电性和无与伦比的强度与硬度,可制作石墨烯导静电轮胎,避免普通轮胎与地面摩擦产生的静电,从而避免装有易爆易燃等危险品车辆发生爆炸。

石墨烯有颗粒状的也有薄膜状的,是一种从石墨烯中剥离下来,由碳原子构成的单层片状结构新材料,厚度仅为一个原子,是目前已知的世界上*薄的材料,是六角形呈蜂窝晶格的平面薄膜,抗拉强度是碳钢的100多倍。

在自然界中,石墨烯这种材料*薄、*结实、导电性极好,在工业领域几乎无所不能,是一种名副其实的超级材料。2004年,英国曼彻斯特大学安·海姆和康·诺沃肖洛夫领导的研究小组利用微机械剥离法首次获得石墨烯,他们因此于2010年获得了诺贝尔物理学奖。现在全世界都在研究石墨烯的制备与应用。

中国在这次石墨烯研发浪潮中跑在*前面,有发展石墨烯的独特优势,中国石墨烯储量约占全球总储量的70%,生产量约占世界总产量的70%,近些年中国获得有关石墨烯的专利约占全世界总量的65%以上,至2018年12月,中国注册的石墨烯企业在120家以上,并于2017年6月,中国航发航材院、中国航发集团公司和北京市政府共同出资10亿元,联合发起成立国有控股公司——北京石墨烯技术研究院有限公司,积极创建石墨烯产业创新中心。该公司秉持“全球第 一的石墨烯复合技术研究及产业孵化中心”的建设目标,立志通过一两年的发展成为代表国家形象、有国际引领作用的新材料研发中心。

结束语

2017年中国碳纤维的产量近10kt,生产能力约20kt/a,其中*大的中复神鹰有限公司,其生产能力约3.5kt/a,其余20多家的规模都较小。国外在此领域主要生产企业是日本东丽公司、帝人公司、三菱化学公司,他们的生产能力约60kt/a,2017年的产量达世界总产量的70%,约为55kt,主要用户为航空航天器与汽车制造企业。中国已将碳纤维及其增强铝基复合材料列为重点发展项目,在税收、人才和土地等方面都得到政府部门支持,到2025年,中国碳纤维和石墨烯产量可能达到70kt,占世界总产量的55%以上,成为全球领跑者。

铝基复合材料生产必须过六关:原材料制备,特别是碳纤维与石墨烯批量生产;复合材料制造;半成品加工;成品精准制造;价格合理,比日本产品便宜30%以上;废料可全部回收并得到有效利用。

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