离开李怀德办公室,吕辰来到厂区边缘的工业陶瓷材料实验室。
相较于主厂区的热浪与轰鸣,实验室所在的区域显得安静许多。
汤渺教授正站在实验台前,对着几块刚刚出窑的陶瓷暖气片残次品,眉头紧锁。
他手里拿着放大镜,仔细查看着断面,不时用游标卡尺测量着尺寸,旁边的记录本上已经写满了密密麻麻的数据。
“汤教授。”吕辰轻声打招呼,以免打扰到其他研究员。
汤渺抬起头,看见是吕辰,眉头稍展:“小吕来了?正好,你快来看看这些废品。裂纹大多出现在粘合接缝附近,或者是在干燥、烧结过程中因内部应力不均导致的隐形裂痕,使用水压测试时才暴露出来。”
吕辰走上前,拿起一块有着明显纵向裂纹的碎片,又看了看旁边那些在烧结后变形或开裂的成品,心中那个在陶瓷车间时就隐约形成的猜测越发清晰。
吕辰放下残次品:“汤教授,我和您有同样的看法。当前这种‘压制成型两个半胚,再用陶瓷浆料人工粘合’的工艺,恐怕就是良品率难以提升的最主要瓶颈。”
他分析道:“人工粘合环节,浆料的均匀度、刷涂的厚度、两个半胚对接时的压力和平整度,都极度依赖操作工人的经验和状态,任何一点细微的偏差,都会在接缝处留下隐患。其次,两个半胚在干燥和烧结过程中的收缩率哪怕有极其微小的差异,都会在粘合处产生巨大的内应力,导致开裂或变形。最后,这道工序也严重制约了生产效率,难以实现大规模、稳定化的产出。”
汤渺教授点头道:“是啊,手工环节太多,变量难以控制。我们之前把太多精力放在了原料配比、研磨细度和烧结曲线上,虽然也有改善,但效果始终有限。现在看来,是工艺路线本身限制了上限。”
汤渺教授继续说道:“所以,我们得研究出‘一体成型’的工艺技术。设计全新的模具和压制工艺,直接压制成一个完整的、内部自带水道空腔的暖气片坯体,彻底取消粘合环节。这样不仅能从根本上消除接缝处的质量隐患,大幅提升良品率,也为后续引入自动化生产环节奠定了基础。”
“一体成型……”吕辰赞同道,“这是治本之策。模具的设计是关键,要保证粉料在模具内能均匀填充,同时型芯的强度和抽芯方式也要精心设计,确保成型后的坯体内部水道畅通,且不会在脱模时损坏。”
吕辰建议道:“我们可以和机修车间、机械制造系合作攻关。同时,在实现一体成型的基础上,可以开始规划自动化的生产线。从原料自动输送、称重、混料,到自动压坯、机械手取坯、自动修坯,再到利用工业余热的智能化干燥窑和隧道窑……打造一条高效、稳定、节能的陶瓷暖气片生产线。”
两人越讨论思路越清晰,很快便定下了研发一体成型技术、并以此为核心提升自动化水平的基本思路。
汤渺教授叫来几个研究员,将任务初步分配下去,要求他们开始收集资料,进行前期可行性分析和初步的概念设计。
谈完了迫在眉睫的暖气片问题,实验室里的气氛稍微轻松了一些。
吕辰目光扫过实验室角落的一个工作台,上面摆放着几片灰白色的陶瓷薄片,正是之前金师兄他们研究的那些“四不像”样品。
吕辰走了过去,拿起其中一片,感受着那坚硬而细腻的质地。
他转向汤渺教授,语气郑重起来:“汤教授,暖气片的问题固然紧迫,但我觉得,实验室眼前或许有一个更具战略意义的发现,值得我们投入更大的精力。”
“哦?”汤渺教授好奇地看向他手中的陶瓷片,“你说的是这种离子电导率不稳定的副产物?”
“正是。”吕辰将陶瓷片举到眼前,“汤教授,您不觉得,这种陶瓷的特性非常独特吗?它拥有远超一般结构陶瓷的机械强度,同时又表现出了一定的,尽管还不稳定,但确实存在的离子电导能力。这让我想到了一种可能……”
他顿了顿,声音带着肯定:“它或许是一种极其宝贵的‘功能陶瓷’——固态电解质!”
“固态电解质?”汤渺教授镜片后的眼睛微微眯起,露出了专注思考的神情。
实验室里的其他几位研究员,也被吸引了过来。
“是的,固态电解质。”吕辰开始详细阐述,“您可以把它想象成一种‘离子导体’,但它不是液体或凝胶,而是坚硬的固体。它允许特定的离子在其内部穿梭,同时又是电子的绝缘体。”
他走到黑板前,开始勾勒新的图示:“想象一下,如果我们能研发出一种稳定、高效、拥有高离子电导率和卓越机械强度的固态电解质材料,用它来取代现有电池中易燃易爆的有机液态电解质……那将意味着什么?”
吕辰的语气充满了感染力:“我们将能制造出‘全固态电池’!这种电池,能量密度可以是现有电池的数倍乃至更高,让设备续航时间极大延长;它本质安全,彻底杜绝了燃烧爆炸的风险;它循环寿命更长,能承受更快的充电速度;它的体积可以做得更小、更薄,形态也更加灵活!”
他进一步指向具体应用场景:“这样的电池,对于国防设备意味着什么?意味着单兵通信设备、侦察设备有更持久的电力!对于正在萌芽的集成电路意味着什么?意味着我们的‘红星一号’计算器可以摆脱笨重的电源,真正实现便携化!这是颠覆性的核心技术!这,就是下一代储能技术的大门!是国家在能源和电子领域实现弯道超车的重大战略机遇!”
吕辰的描述,如同在众人眼前展开了一幅波澜壮阔的科技画卷。
实验室里一片寂静,只有窗外隐约传来的蝉鸣。
研究员们脸上的表情从疑惑、思索,逐渐转变为震惊和兴奋。
他们原本只当那是个性质奇怪的副产物,从未想过其背后可能隐藏着如此巨大的应用潜力。
汤渺教授深吸了一口气,他作为材料学专家,自然能听出吕辰话语中的逻辑性和前瞻性。
他走到工作台前,拿起另一片固态电解质陶瓷样品,手指微微用力,感受着那坚硬的质感,又看了看旁边记录本上那些时高时低、却从未完全归零的电导率数据。
“从结构陶瓷,迈向功能陶瓷……”汤渺教授低声自语,眼中迸发出光芒,“是啊!我们一直专注于材料的力学性能、耐热性能,想着怎么让它更硬、更耐烧,却忽略了材料可能具备的‘主动’功能特性!离子电导……电化学性能……这确实是一个全新的、充满无限可能的方向!”
他语气斩钉截铁地对其他研究员说:“小吕说得对!这不仅仅是一个有趣的样品,这很可能是一个里程碑!我们必须立即对它进行系统性的深入研究!搞清楚它的成分、微观结构究竟是如何影响其离子电导行为的,探索提升其电导率稳定性、降低界面阻抗的方法,目标就是研发出稳定、高效的固态电解质!”
汤渺教授越说越激动,在实验室内踱起步来:“这件事意义重大,远超我们实验室自身的能力范围。我决定,立刻整理现有数据和小吕你的构想,形成一份详细的报告,上报给学校和相关部门!成立专项研究计划,集中优势力量,联合化学、物理、电子工程等多个学科,共同攻关,一定要抢在这扇大门完全开启之前,占据一席之地!”
研究员们也群情激昂,一种参与开创性研究的兴奋与迫切展现出来。
看着大家的反应,吕辰知道,固态电解质这颗火种,已经成功播下。
他适时补充道:“汤教授,除了这种固态电解质,咱们实验室在其他陶瓷材料方面,应该也有不少进展吧?”
提到实验室的其他成果,汤渺教授脸上露出了自豪的笑容。
他引着吕辰走向另一边的陈列架,上面摆放着几种不同颜色和质地的陶瓷样品。
“来来,小吕,你看这个。”他拿起一块颜色暗红、表面粗糙但质地均匀的砖块状样品,“这是我们在研究陶瓷暖气片过程中,利用氧化铝、氧化硅等成分,结合耐火粘土,研究出来的一种‘耐高温陶瓷’。
它的耐火度很高,热稳定性好,抗侵蚀的能力也比传统的耐火砖要强,关键是成本可以做得更低。”
吕辰接过样品,掂量了一下,手感沉实:“这是很好的‘变废为宝’、循环经济的范例。它的应用前景呢?”
“我们初步设想,可以尝试用作热处理炉的内衬、炉辊,或者做成热电偶的保护套管。”
汤渺教授解释道:“这些地方的材料需要长时间承受高温,我们的初步测试结果显示,它的性能不比一些昂贵的耐火材料差,甚至在某些方面还有优势。目前我们正在研究如何优化配方和成型工艺,以实现稳定、低成本的工业化生产。”
“恭喜汤教授了,”吕辰高兴道,“这直接服务于现有的生产环节,价值立竿见影,又是一个变废为宝的大发现。”
汤渺教授又指向旁边几块颜色更浅、质地致密的陶瓷样品,语气郑重:“这几块,算是我们实验室在‘高性能陶瓷’方面的初步探索成果,也是我们一直以来的主攻方向。主要是从氧化铝基,以及我们初步尝试的氮化硅基陶瓷入手。”
他拿起一块氧化铝陶瓷片,用小锤轻轻敲击,发出清脆悦耳的声音:“你看,这种陶瓷,硬度极高,耐磨性非常好,而且‘红硬性’极佳,就是在高温下也能保持很高的硬度。”
吕辰拿起一块氮化硅陶瓷样品,其颜色呈灰黑色,手感更显温润,指尖传来一直种坚不可摧的感觉。
他脑中飞快地闪过一系列应用场景。
“汤教授,”吕辰眼中闪着光,“这种高性能陶瓷,简直就是为机械加工而生的!您看,车床、铣床、钻床,使用的金属切削刀具,磨损多快?如果能用这种陶瓷做成切削刀具,无论是车刀、铣刀还是钻头,其耐用度和切削速度,恐怕能提升一个数量级!还有,精密轴承,如果能用这种陶瓷制成陶瓷球或陶瓷滚子,其高速运转下的稳定性、耐磨性和寿命,绝对远超钢制轴承!”
汤渺教授听得频频点头,但作为严谨的科学家,他也指出了面临的困难:“小吕你的想法很好。但是,要将这些设想变为现实,还有很多难关要攻克。比如,如果要用于高速切削,陶瓷刀具的刃口韧性、抗冲击性能需要进一步提升,崩刃是个大问题。至于陶瓷轴承,陶瓷球的精密加工达到微米级精度本身就是一道高门槛,还有陶瓷与金属座圈在不同温度下的膨胀系数匹配问题,以及在长期交变负荷下的疲劳强度等等,都需要大量的实验和研究。”
吕辰并未因困难而退缩,反而思路更加开阔:“汤教授,您说的这些是工程应用上必须解决的难题,也正是我们下一步需要立项研究的方向。但我想到的还不止于此。”
他的声音带着憧憬:“您想,这种陶瓷拥有如此优异的高温性能和力学性能,如果它的成分和工艺进一步优化,强度、韧性、耐热冲击性再上一个台阶……那么,它的舞台可能就不止于地面的机床了。”
他抬手指了指天花板:“比如,火箭发动机的涡轮泵叶片、燃烧室内衬、甚至是喷管喉衬……这些地方需要材料在极端高温、高压和高速气流冲刷下工作。我们的这种高性能陶瓷,难道没有可能在那里找到用武之地吗?”
吕辰的话,让大家都怔住了。
火箭发动机!那是国家尖端国防科技的象征!将自己的研究与如此高精尖的领域联系起来,是他们之前未曾敢深入想象的。
一股更加强烈的使命感与自豪感,在实验室里悄然弥漫开来。
“走!”汤渺教授脸泛红光,“小吕,带上这几块样品,我们现在就去找刘教授!必须让他立刻知道,我们的工业陶瓷材料实验室,在耐高温材料、高性能结构陶瓷,乃至战略性的功能陶瓷领域,都取得了突破性的进展,看到了无比广阔的应用前景!”
吕辰欣然同意。
两人小心翼翼将样品封装好,带上相关的测试数据记录本,离开了闷热的实验室,朝着刘星海教授的办公室快步走去。
穿过厂区,来到实践基地的筒子楼三层,刘星海教授的办公室门虚掩着。
敲开门,只见刘教授正伏案看着一份厚厚的文件,桌上堆满了书籍和图纸,电扇在他身后缓缓摇着头。
“星海教授!”汤渺教授的声音带着兴奋。
刘星海抬起头,看到二人脸上的激动神色,笑着示意他们坐下:“哦?是汤渺教授和小吕怎么来了?看你们这表情,是有好消息?”
“的确是大好的消息!”汤渺教授将样品在办公桌上摊开,“刘教授,我们的工业陶瓷材料实验室,这次可能要给你,给国家,带来几个大大的惊喜了!”
他首先拿起那块耐高温陶瓷样品,简要介绍了其利用炉渣、成本低、性能优良的特点,以及在热处理炉内衬、炉辊等方面的应用潜力。
刘星海认真听着,不时拿起样品仔细观察,点头道:“很好!立足本厂废料,解决生产需求,降低成本,这是实实在在的贡献。这个方向要持续跟进,尽快拿出可以工业化推广的成熟方案。”
接着,汤渺教授又展示了氧化铝和氮化硅高性能陶瓷样品,介绍了其高硬度、高耐磨、红硬性好的特性,并转述了将其应用于机械加工刀具和精密轴承的设想,以及未来可能向航天领域拓展的远景。
刘星海的眼神变得越来越亮,他拿起那块氮化硅陶瓷,对着光仔细查看其细腻的质地:“用于刀具和轴承……这能极大提升我们机械加工的水平,甚至带动整个装备制造业的进步。”
“至于航天领域……”他沉吟片刻,“虽然前路漫漫,但这个方向极具战略眼光。材料是工业的基石,更是国防的基石,我们必须要有自己的高性能材料体系!”
最后,汤渺教授用最郑重的语气,介绍了那块灰白色固态电解质陶瓷片,以及吕辰关于其作为下一代固态电池核心材料,开启新一代储能技术大门的宏伟构想。
汤渺教授总结道:“小吕的判断,我认为极具前瞻性。这不仅仅是发现了一种新材料,这可能是我们实验室,乃至我们国家,在功能陶瓷领域一个里程碑式的起点!是从‘结构’向‘功能’的跨越!其战略意义,我认为不亚于我们正在攻关的集成电路!”
刘星海教授安静地听着,手指在桌面上轻轻敲击,这是他深度思考时的习惯。
他的目光依次扫过几种陶瓷样品,仿佛看到了一个以陶瓷材料为核心的、多层次、立体化的科技发展蓝图正在缓缓展开。
良久,刘星海教授缓缓起身,深吸了一口气。
“汤教授,吕辰,你们今天带来的,不仅仅是几项具体的技术成果,更是一片广阔的、等待开垦的‘新材料天地’啊!”
他手指重重地点在桌面上:“工业陶瓷,过去我们或许过于聚焦在解决眼前的生产难题上。但很明显,这个领域有深厚的潜力,可以延伸到更遥远的未来!从支撑现有产业的耐材,到提升装备水平的结构陶瓷,再到可能引发能源革命的功能陶瓷……这确实是一片大有可为的广阔天地!”
刘星海教授语气果断:“我认为,我们必须立即行动,将这些发现和构想,系统性地整合起来,形成一份全面的报告,立刻向上面汇报!我们要争取国家的支持,将这些研究方向,设计成一系列有层次、有重点的课题,纳入我们即将发布的第三批课题中去!”
他看向汤渺和吕辰:“课题的设计,要有理论深度,也要有应用导向;要追求短期就能见到成效的突破,也要布局需要长期深耕的基础研究。比如,耐高温陶瓷的工业化,这是短期目标;高性能陶瓷在刀具、轴承上的应用攻关,是中期的重点;而固态电解质的系统研究,以及其他可能的功能陶瓷探索,则是我们必须牢牢抓住的长期战略方向!”
他略微沉吟:“要支撑起这样一个涵盖耐磨、耐腐蚀、耐高温,以及功能陶瓷的综合性研发体系,一个合理的、有战斗力的研发团队,规模恐怕需要达到六七十人,甚至更多。我们要做好迎接国家专家论证和检验的准备,用扎实的数据和清晰的应用前景,说服他们投入资源!”
“我完全同意!”汤渺教授激动地说,“我们实验室立刻开始准备材料,细化研究方向和技术路线!”
吕辰也感到心潮澎湃,这些关键陶瓷材料的研究,不仅仅是几篇论文,而是关乎未来产业发展和国家竞争力的重要布局。
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