中國粉體網(wǎng)訊  近日，紀錄片《棟梁之材》在央視財經(jīng)頻道開播，與以往工業(yè)紀錄片著重呈現(xiàn)超級工程、超級裝備的建造和制造場景不同，《棟梁之材》把鏡頭對準了工程和裝備的幕后英雄——材料。紀錄片得到工信部、國資委、中國科學院、中國工程院等權(quán)威部門和科研機構(gòu)的大力支持，凝聚了近20位頂級材料科學家、院士的智慧和心血。導演組歷時一年多，從300余種先進材料中優(yōu)選出30多個最能代表中國材料科技水平的樣本案例。

紀錄片《棟梁之材》共六集，每集45分鐘，分別是《百變金剛》《點石成金》《造物傳奇》《天工開物》《隨源開智》《創(chuàng)新紀元》。其中，第二集《點石成金》，講述了特種水泥、陶瓷、玻璃、玻纖、人工晶體等先進無機非金屬材料的研發(fā)和應用故事。

改變世界的水泥

悉數(shù)地球上的人類文明痕跡，幾乎都和水泥有關(guān)。全世界每年的混凝土澆筑量，相當于一座長1000米、寬1000米、高接近珠穆朗瑪峰的山，這個體積是其他所有建筑材料總和的兩倍以上。因此，水泥成為迄今為止使用最多的人造材料。

現(xiàn)在，距離古羅馬人發(fā)現(xiàn)把石灰、石膏和火山灰混合、燒煮，可以上演遇水變硬的神奇已經(jīng)過去2000多年，在那之后，水泥使用的中心從歐洲、經(jīng)北美，來到亞洲，今天已經(jīng)到達中國。

從用于火箭發(fā)射臺的超耐高溫水泥，到用于建設公路鐵路、跨海大橋甚至飛機跑道的高性能水泥，再到用于油、氣鉆井工程的超快硬水泥以及巨型水壩用的低熱水泥。最近40年，中國人發(fā)明了60余種特種水泥，為一個個超級工程提供了強大支撐。

陶瓷彈簧挑戰(zhàn)彈性極限，壓縮量達25%

彈簧是機械零件的基礎結(jié)構(gòu)，是許多機械系統(tǒng)的重要組成部分。彈簧不同于其它機械零件，受力后發(fā)生形變，將勢能轉(zhuǎn)換成彈性性能，卸載后又將彈性性能轉(zhuǎn)換成物體的勢能而不發(fā)生任何變化。彈簧常應用于減震、預緊、緩沖裝置中，涉及工業(yè)、航空航天、日常生活等各個方面，有著不可替代的作用。

圖片來源：央視財經(jīng)

目前高溫彈簧多采用高溫合金材料和陶瓷材料制備，但當工作溫度大于 1000℃時，金屬材料的強度會發(fā)生顯著地降低而不能滿足使用要求。故有研究者將目光鎖定在具有優(yōu)異耐高溫和抗磨損性能的陶瓷材料身上，但陶瓷固有的低延展性使得制備陶瓷彈簧已成為一項極具挑戰(zhàn)也極具意義的工作。

此次亮相的陶瓷彈簧，彈性壓縮量可以達到驚人的25%，而目前已知的陶瓷彈簧彈性壓縮量紀錄是20%。這項技術(shù)，包括中國在內(nèi)，全世界只有三個國家有能力生產(chǎn)。

滿足極限性能要求的氮化硅陶瓷球

軸承是一切旋轉(zhuǎn)機械的靈魂，被稱為機械工業(yè)的“芯片”。其主要功能是支撐機械旋轉(zhuǎn)體，降低其運動時的摩擦系數(shù)，并保證其回轉(zhuǎn)精度。

此次介紹的是軸承滾動體材料——氮化硅陶瓷球，氮化硅材料俗稱“陶瓷王”，其密度大約為軸承鋼的42%，彈性模量高達320GPa，抗拉強度1600MPa，抗壓強度高達3600MPa，900℃以下力學性質(zhì)幾乎不變，是滾動軸承滾動體的理想材料之一。

氮化硅軸承球在使用中轉(zhuǎn)速每分鐘可高達60萬轉(zhuǎn)，其主要用在精密機床主軸、電主軸高速軸承，航空航天發(fā)動機、汽車發(fā)動機軸承等設備用軸承中。

厚度僅0.03毫米的柔性玻璃，可以實現(xiàn)連續(xù)折疊100萬次不破損！

玻璃，像凝固的空氣，又像不會融化的冰。但透明不是玻璃與生俱來的特質(zhì)。人類最早制造的玻璃與今天有很大不同，總是因為雜質(zhì)而喪失清澈度，同時因為包含金屬元素而呈現(xiàn)出不同的顏色。直到14世紀，人類才終于解開了玻璃透明的密碼——雜質(zhì)排除得越徹底，玻璃就越透明。

大尺寸顯示玻璃，是信息時代玻璃材料競爭的高點。超1300℃的高品質(zhì)玻璃液，緩緩流入裝滿錫熔液的錫槽，兩種溶液比重不同，如同油懸浮于水面。玻璃液在錫熔液之上均勻攤開，在拉邊機作用下慢慢變薄。冷卻之后，經(jīng)過裁切，最終形成面積達5.5平方米，厚度卻只有0.5毫米的超薄玻璃。這種生產(chǎn)工藝由中國自主研制，被稱為洛陽浮法，發(fā)明至今延續(xù)使用了50余年，同英國皮爾金頓、美國匹茲堡齊名，并稱世界三大浮法工藝。

而優(yōu)化洛陽浮法工藝并用其制造信息顯示玻璃是中國工程院彭壽院士團隊的創(chuàng)舉。如今，彭壽院士團隊研制出的一款柔性顯示玻璃，厚度僅有0.03毫米，這種玻璃常應用于折疊屏手機。按照一天折疊100次計算，支持百萬次彎折不破損的柔性玻璃可以讓折疊手機使用超過27年。這也是彭壽院士團隊創(chuàng)造出的新的世界紀錄。

高模量、輕量化、應用廣的玻璃纖維

1600℃高溫，玻璃瞬間熔化。重力作用下，玻璃液從鉑銠合金漏嘴中流出，下落過程中急速冷卻，0.01秒瞬間固化成纖，最細的時候，直徑只有4微米，相當于頭發(fā)絲的十二分之一。這是材料專家祖群用玻璃做原料制備一種特殊性能的纖維材料。

特種玻璃纖維，具有高模量、輕量化、耐輻照等優(yōu)異性能于一身，在航空、能源、國防等高端裝備制造領(lǐng)域是不可或缺的關(guān)鍵材料。它被制成玻璃鋼作為世界上使用最廣泛的復合材料，在航天、航空、船舶、交通、新能源等領(lǐng)域都有應用。

玻璃纖維，也同樣被制作成低介電玻纖布，是制作高頻、高速、輕薄化線路板的主要基材。與傳統(tǒng)E玻璃布相比，其介電常數(shù)降低29%，介電損耗降低57%，可提升信號的傳輸速度，改善信號傳輸質(zhì)量，減少信號衰減與延時，是5G/6G、大型數(shù)據(jù)中心、人工智能服務器等電子線路板的關(guān)鍵材料。

人工晶體磷酸氧鈦鉀

磷酸氧鈦鉀，是人工晶體家族中的重要成員。

磷酸氧鈦鉀是性能優(yōu)良的激光非線性光學晶體，是中小功率固體綠光激光器的最好倍頻材料，能改變激光的頻率，廣泛應用于激光測距、激光醫(yī)療、激光加工等領(lǐng)域，是量子通訊、量子計算的關(guān)鍵光學元器件。

參考來源：央視財經(jīng)、中國建材集團

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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