上海交通大学研制出超强纳米陶瓷铝合金
8月5日，记者在上海交通大学举行的新型陶瓷和铝材料新闻发布会上了解到，上海交通大学材料科学与工程学院的王好为教授团队让陶瓷从铝“成长”，造就了陶瓷和铝“强人”。这种“大力士”轻如燕，但有无限的强度，其比强度和比刚度甚至超过“太空金属”钛合金。它不仅为拥有完全自主知识产权的“中国制造”增加了一个新成员，而且希望“承载一千四两磅”，推动航空、汽车和高速铁路领域进入一个更轻、更节能的新材料时代。
据报道，这种材料从研发到应用已经经历了30多年。背后是上海交通大学五代“物质人”的心血和努力。他们冷静地对待外界的各种诱惑，把科学研究当成一把“剑”。他们无所畏惧地一个接一个深入到科学问题中去，克服困难，最终创造出中国独创的新材料，使之具有强大的力量。
未来，上海交通大学将继续在推进科技成果转化的道路上不断努力，进一步开辟从实验室到市场的“绿色通道”，为服务国家和社会做出更多贡献。上海交通大学校长、中国工程院院士林忠钦说。
铝中的“龙”陶瓷，纳米陶瓷铝合金“载千金”四梁
铝中能找到“长”陶瓷吗？“是的！”王好为教授说，这是他在过去30年里带领团队成员一起“玩”的东西。
“小时候，每个人都玩水和沙。我的专业是混合水和沙。”王好为教授说，“水”是用于铸造的金属铝，“沙”是陶瓷。铝很轻，铝合金材料可以使手机和电脑更轻、更轻、更便携，但铝的“弱点”也很明显:虽然它的韧性好，但它太软，容易变形，而且容易断裂，所以当材料的强度和硬度要求很高时，它显然“无法支撑领域”。
什么比钢更硬？人们立刻想到陶瓷。“普通人认为陶瓷很容易破碎，但如果仅从硬度来看，陶瓷要比钢硬得多。如果将陶瓷的特性掺入铝中，所生产的材料会结合两者的优点吗？果然，根据这个想法制造的铝基复合材料的性能一下子就出来了。它重量轻，硬度高，韧性好，不易断裂和变形，在某些方面甚至超过钢！”
将陶瓷与铝“混合”的方法说起来容易，但实际操作起来却不那么简单。目前，世界上的传统方法是先将陶瓷制成颗粒或纤维，然后通过搅拌铸造或粉末冶金将其混合成铝合金，从而获得铝基复合材料。这种方法可以提高材料的强度和刚度，但会出现加工成型困难、强度和塑性差、性能不稳定等一系列问题，严重阻碍了这种材料的工程应用。
“由于不可能通过物理方法将陶瓷从外部混合到铝中，我们想出了另一种方法——“凭空”让陶瓷从铝中生长出来。这样，两种材料就可以兼容。如果这两种材料被制成纳米尺寸，陶瓷的性能将被添加到铝中，一种具有一体质量的新材料将被生产出来。”王好为教授说，他们最终采用了“原位自生技术”，通过熔化来控制自生过程。通过外部应用，陶瓷颗粒的尺寸从几十微米减小到纳米级，突破了外部陶瓷铝基复合材料塑性低、加工困难的应用瓶颈。
该纳米陶瓷铝合金重量轻，具有高刚性、高强度、抗疲劳、低膨胀、高阻尼、耐高温等特点。即使外力是“泰山压顶”，这种纳米陶瓷铝合金也能做到“站立不动”，可以称之为四两“承载”一千磅。
或者成为新一代航空材料，帮助国内大型飞机腾飞“更轻”
将纳米陶瓷颗粒引入铝合金中，提高了材料的刚性和强度，保持了铝合金良好的加工制造性能，突破了大规模工程应用的瓶颈，已应用于航空航天、汽车和先进电子设备领域。
复合材料是航空材料领域的技术高地，“一代材料，一代飞机”。航空材料的每一次革命都带来了航空技术的巨大进步。为了保证飞行安全，民用客机的机体结构材料要求极高的耐腐蚀性和抗疲劳性。为了使飞机安全、经济、舒适、环保、轻质、耐腐蚀、抗疲劳的铝锂合金材料和碳纤维复合材料是当代飞机的理想结构材料。王好为教授团队开发的纳米陶瓷铝合金具有更大的减重潜力、良好的可制造性和低成本，有望成为下一代新型航空材料，使大型国产飞机更轻快、更安全地翱翔在蓝天。
“与钛合金和高温合金相比，铝合金的3D打印性能远远低于锻件，纳米陶瓷铝合金的3D打印组件可以达到锻件的性能。我们正在加强与中国商用飞机公司和中国商业发展公司的合作，帮助国内大型飞机使用这种在中国拥有自主知识产权的新材料。”王好为教授表示，纳米陶瓷铝合金已被用于天宫一号、天宫二号、量子卫星、气象卫星等太空翱翔的关键部件。同时，将其应用于内燃机活塞和汽车的关键零部件上，不仅可以有效地减轻重量，还可以节约能源，减少排放，提高安全性。
经过30年的磨砺，五代“物质人”领导了新的物质革命。
王好为教授将纳米陶瓷铝合金形容为从无到有的“玩水玩沙”，但事实上，这种材料从研发到应用已经经历了30多年，体现了上海交通大学五代“材料人”的心血和努力。
20世纪90年代，我国复合材料的奠基人之一、上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室的创始人吴教授首次提出用“原位自生”法在铝合金中生长陶瓷增强体来制备铝基复合材料，进入了当时材料制备的“无人区”。
“我们于1992年开始纳米陶瓷铝合金的基础研究。当时，国际上都采用在铝中“掺杂”陶瓷的物理方法，效果不是很理想。吴教授首次提出用化学方法在铝中“生长”陶瓷，这是一个非常新颖的想法。难怪对于金属冶金来说，非金属(如陶瓷部件)是金属中的杂质。研究人员害怕它们。人们在哪里用化学方法混合“杂质”？然而，在后来的研究中，我们发现只要通过控制化学反应过程将陶瓷颗粒的大小、形状和分布控制在合理的范围内，这些淘气的“陶瓷精灵”就能发挥作用，成为材料中有用的部分。王好为教授说。
王好为师从铸造界知名的周瑶院士。1996年，周瑶院士在上海交通大学开辟了“生态材料”的新研究领域。在吴教授和周院士的带领下，教授和他的团队的年轻科研骨干继续攻关。经过30年的努力，纳米陶瓷铝合金终于迎来了诞生。除了20世纪20年代出生的院士和吴教授这两位“前辈”之外，其他研究人员分别出生于20世纪40年代、50年代、60年代、70年代和80年代王好为教授说，团队中的五代研究人员敢于思考，敢于工作。他们总是站在国家科学研究的第一线，这是最需要的。他们是相当“英雄”。纳米陶瓷铝合金需要在几千度的高温炉中合成。即使在炎热的夏天，他和他的团队成员也经常日以继夜地呆在火炉旁重复实验。王好为教授团队的一名年轻研究员表示，当纳米陶瓷铝合金制成的设备在材料研究完成后首次通过测试时，可能是因为成功的喜悦或多年研究压力的突然释放。王好为教授在实验现场心脏病发作。幸运的是，救护车准时到达，没有危险。
“我很幸运得到了院士和教授的共同指导。他们都是各自领域的人。这种良好的跨学科环境拓宽了我的研究思路，使我在纳米陶瓷铝合金的研发方面越来越坚定。为了鼓励“生态”逻辑材料科学研究小组的年轻人，周瑶和院士们重新思考了“卓越”、“合作”和“创新”的含义，在生态材料科学的英文前缀中加入了三个字母“生态”。30年来，这三个字一直是我们团队致力于科学研究的精神支柱。为中国人创造真正的原创是我们团队的最终目标。”王好为教授说。
不要做“老板”，要做“老师”，教授“爱玩”会引出“尖刀”小组。
"夏天吃冰棒最甜蜜的地方是哪里？"这是本学期上海交通大学“材料加工原理”期末考试的最后20题。提出这个问题的人是王好为教授。“这个题目看起来有点‘莫名其妙’，其实与材料科学有很大关系。冰棒中最甜的东西肯定是糖浓度最高的地方，这就需要对大量的基础材料科学知识进行全面的计算和分析，如传热和润湿、结晶成核和生长、凝固过程中的溶质再分布等。如果基础知识不扎实，就绝对不可能做到，甚至死亡背书也做不到。”一名大学生说，当他第一次看到这个问题时，他真的很困惑，但他很快意识到这正是王好为老师的风格——“爱玩”。
"材料科学本身的原理有点无聊，需要一些乐趣."王好为教授有有趣的问题，喜欢在他的讲座中“摆脱负担”。他从不读书，但喜欢在枯燥的原则上增加一层有趣的“包装”。“雨天撑伞、小孩吹泡泡和扔泥巴都可能与材料科学的原理有关。我希望引导学生观察生活中的一些普遍现象，激发他们解决实际问题的好奇心。讲座类似于相声，每节课至少要摆脱一个“大包袱”，这样学生才能记忆和学习。王好为教授说，尽管他当了这么多年的老师，但每次上课前，他还是经常失眠，想着“负担”。
有人说挖沙、炼铁和磨豆腐都是苦而累人的事情，“挖沙”是王好为教授研究方向的俗称。为什么王好为教授和他的团队在这个最痛苦的职业中工作了30年？王好为教授说这也是因为他“喜欢玩”。“做科学研究有点像小孩子玩水和沙。如果他们感兴趣，他们不怕艰苦和肮脏。我们不仅仅是在“玩”，而且是在“互相竞争”:这种将陶瓷从外部混合到铝中的方法是行不通的，所以我们反过来思考，让陶瓷从铝中生长出来。教学生运用吹泡原理去除影响金属材料性能的气体，然后启发他们反过来运用这一原理制作隔热隔音泡沫金属——“爱玩”，并时刻保持对周围事物的好奇心。这是我们团队一直保持的特点。”
尽管王好为教授喜欢在生活中玩耍，对待学术和科学研究，但他一点也不含糊。许多研究生过去在背后称他们的导师为“老板”。当他们来找王好为教授时,“老板”这个词永远不能被称为。“我是老师，不是“老板”，学生是来跟着我学东西的，不是来工作的。教学和科学研究必须回归本质，不能与其他事物混为一谈。”因此，无论研究任务有多重，王好为教授都要求团队中的每一位年轻教师给本科生上课。他要求他的博士论文题目“高度确定”。做前人没有做过的事情是不够的。他必须着眼于国家和社会的需要来解决问题。在王好为教授的带领下，这个团队已经成长为一个“尖刀”小组。在他们的生活中，他们可以从艰辛中获得快乐，并面对外界的诱惑。在进行科学研究时，他们就像一把“利刃”,无畏地深入到困难的科学问题中去克服它们，坚定地扎根于科学研究的前线，勇敢地探索未知的世界。“30年来，我们只做了一件事。这很值得。”王好为教授笑着说道。
四方合作，纳米陶瓷铝合金主导新产业成果转化
既然纳米陶瓷铝合金可以“四两千磅”，它如何走出实验室，为社会创造更多价值？科研成果的转化是必要的。2017年8月4日，安徽省淮北市人民*、上海交通大学、上海均瑶(集团)有限公司、安徽翔邦复合材料有限公司签署“四方协议”，依托上海交通大学材料科学与工程学院王好为教授团队，建设交通大学新型陶瓷及铝材料创新中心。
上海交通大学先进工业技术研究所所长刘焰刚表示，长期以来，上海交通大学对王好为教授团队的纳米陶瓷铝合金项目给予了持续有力的支持，同时积极寻找合作条件，将成果转化为现实。2013年，安徽省淮北市*从土地、资金、政策、人才等多方面给予支持，形成年产1000吨的中试生产基地，成立安徽翔邦复合材料有限公司，使纳米陶瓷铝合金材料的大规模生产能力满足航空航天、汽车等领域的大规模应用需求。2015年，上海交通大学和上海均瑶(集团)有限公司将合作建设一个联合研发中心，这将使纳米陶瓷铝合金迅速进入航空和汽车等超过百亿级的工业领域。在航空领域，王好为教授的团队在机场和商用航空进行了多种航空发动机叶片试验，并与中国商用航空公司(即“新一代航空材料”)实现了深入合作。在汽车领域，转向节已经通过了台架试验，内燃机活塞将很快大量生产。
“今天的四方合作将建立一个有利于纳米陶瓷铝合金推广应用的市场化运作平台，以及一套包括材料生产、产品设计、制造工艺和使用标准在内的具有自主知识产权的完整体系。这一科研成果的转化也是上海交通大学适应国家重大战略需求、服务产业和产业发展的成功实践。它将为社会和经济发展创造更多价值。”刘焰刚说。
率先打破话题，打造从大学实验室到市场的“绿色通道”。
每年，许多优秀的科研成果，如纳米陶瓷铝合金，在全国高校实验室诞生。从大学实验室到生产和市场，科技成果转化应该走多少步？这些“高不可攀”的步骤不仅是制约中国科技创新的瓶颈，也是许多高校尚未解决的困境。
“我们需要为科研成果开辟一条‘绿色通道’，形成有效的、可复制的经验，这样，越来越多的成果就不会被锁在实验室里，被束之高阁，而是被产业化，产生更大的社会价值。”上海交通大学副校长吴丹表示，十多年来，上海交通大学为推动科技成果转化铺设了这条“绿色通道”。
促进科技创新与科技成果转化的有效结合，是国家实施创新驱动战略的迫切要求。它也是高校服务于创新型国家建设和社会经济发展的主要标志。王好为教授团队研发的纳米陶瓷铝合金是上海交通大学在“十五”和“十一五”期间自主研发的一种新型铝基复合材料。它的工业化生产将给铝工业带来巨大的历史性变革，同时它还能推动汽车、航空、航天、电子和国防工业的技术进步和快速发展。除此之外，在国内C919大型客机的研发和设计过程中，上海交通大学和中国商用飞机公司在产、学、研机制上进行了深入的合作和创新。通过“上海民机创新工程”和近百个科研项目的支持，共同建立了上海民机先进制造技术中心、民机维修工程研究中心等联合研究平台，共同培养高层次、多层次、多类型的航空专业人才。特别是C919大型客机的六项先进技术，双方在通用、结构、制造、材料、航空电子、人因等专业或领域开展了科研合作，体现了上海交通大学服务国家的战略，积极探索和创新了校企合作的机制和模式。”吴丹表示，跟上国家重大战略需求、服务业和工业发展的步伐是上海交通大学的重要使命。近年来，学校与重点企业和地方*携手解决关键问题。各大学科涌现出大量成果转化的成功实践，创造了可观的经济效益和社会效益。
除了积极与国家战略接轨，上海交通大学还建立了完善的支撑体系，促进科技成果的有效转化。自2001年以来，上海交通大学科技园、上海交通大学技术转移中心、上海交通大学先进工业技术研究所和上海交通大学知识产权公司相继成立。学校将高新技术产业总体规划与区域经济发展相结合，形成了以科技企业为主体，产学研相结合的创新体系。自2015年《促进科技成果转化法》实施以来，科技成果的定价和投资由高校自主决定。允许约定价格，科技成果完成奖励比例不得低于50%。上海交通大学生产研究所制定并发布了《科技成果定价和投资实施细则(试行)》。学校科技成果的定价和投资启动迅速，进入快速发展时期。到目前为止，已有13个与学校相关的典型案例，占上海各高校科技成果的86%左右，起到了引领和示范作用。2016年，学校先后研究发布了《关于完善知识产权管理制度的实施意见》、《职务发明管理办法》等10个文件，建立了完整的科技成果转化政策体系。通过下放科技成果的使用权、处置权和收益权等改革措施，我们将加大对科研人员持股的激励。上海交通大学的知识产权交易量大幅增加，2016年共有246笔交易，总金额为5926.5万元。