法治日報全媒體記者 廉穎婷

近年來，在中國載人航天工程空間科學(xué)與應(yīng)用項目支持下，中國科學(xué)院金屬研究所趙九洲研究員項目團隊圍繞相分離合金凝固與原位復(fù)合材料形成機理開展了長期深入系統(tǒng)的地基預(yù)研，建立了相分離合金凝固過程模型，探索了利用電場、磁場和微合金化調(diào)控合金凝固過程，促進原位復(fù)合凝固組織形成的可行性；同時，基于大量地基研究，優(yōu)化設(shè)計合金成份和凝固工藝，在載人航天工程天宮二號空間實驗室以及神舟十三號、十五號和十六號載人飛船任務(wù)期間，開展了空間相分離合金凝固實驗，獲得了原位粒子均勻分布的復(fù)合材料樣品（見圖1）和具有殼-核結(jié)構(gòu)的球形樣品（見圖2）。

圖1為空間凝固合金呈現(xiàn)彌散型組織，地面凝固合金呈現(xiàn)偏析組織。(a)初始凝固部位；(b)試樣中部；(c)最后凝固位置。

圖2為空間樣品呈現(xiàn)完整的核-殼結(jié)構(gòu)；地面樣品呈現(xiàn)了偏析型凝固組織。

據(jù)介紹，很多合金在凝固過程中首先會自熔體析出第二相液滴或顆粒，發(fā)生液-液分相或液-固分相，這類合金可統(tǒng)稱為相分離合金。如能有效控制此分相過程，使熔體中析出的液滴/粒子最終以細小顆粒的形式均勻彌散分布于凝固組織中，則可制備高性能原位粒子復(fù)合材料，滿足大型機械、核電、船舶、輸電、電子等一些領(lǐng)域?qū)μ胤N材料的需求，如核電密封瓦、高壓電觸頭材料、貴金屬靶材等。但該類合金在地面常規(guī)凝固條件下極易形成第二相粗大，乃至偏析嚴(yán)重的組織，制備與應(yīng)用受到嚴(yán)重制約。

空間環(huán)境能夠提供長時間穩(wěn)定的微重力條件，可有效消除地面重力導(dǎo)致的熔體對流和析出相的沉積與浮動現(xiàn)象，為相分離合金凝固理論研究提供了優(yōu)異條件。

天地協(xié)同研究，揭示了相分離合金凝固過程和重力/微重力的影響，發(fā)展了該類合金的凝固理論，提出了相分離合金凝固組織調(diào)控方法。

自2004年以來，該團隊在《國家科學(xué)評論》《材料學(xué)報》等期刊上發(fā)表論文200余篇，獲授權(quán)發(fā)明專利40余項，出版學(xué)術(shù)專著《金屬基復(fù)合材料原位形成理論基礎(chǔ)》。研究成果獲得國內(nèi)外學(xué)者高度評價，認(rèn)為“團隊在利用航天飛行器研究二元和三元相分離合金凝固行為方面開展了開拓性研究；有助于澄清相分離合金凝固組織演變的動力學(xué)細節(jié)”。以相關(guān)理論為指導(dǎo)，該團隊研發(fā)多種關(guān)鍵材料制備技術(shù)，在核電、電子通訊、裝備制造等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。