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新型特種超高溫艦用陶瓷材料耐火磚

艦用燃油鍋爐,是大型戰艦動力裝置的心臟,爐膛的耐火磚一旦受損或坍塌,戰艦就會立刻喪失動力無法航行,且在短時間內難以修復。這種情況若出現在戰場上,艦船就成了活靶子。研制出一種新型超高溫艦用耐火磚,是艦船專家們多年的夙愿。

  艦用耐火磚要經受住熊熊烈火的炙烤,其耐火性能到底要多高?對此,海軍工程大學楊自春介紹說:真金不怕火煉,是因為金子的熔點高,超過了1000℃。艦用耐火磚,要能承受金子熔點兩倍的高溫而不變形不發軟。

  耐火度達1500℃以上的材料就屬超高溫耐火材料,其耐火度每升高50℃都是一道難以逾越的技術難題。為研制出高性能的耐火磚,楊自春查閱文獻資料,遍訪國內知名的耐火材料研究院所和廠家,經過充分調研和科學論證,最后選定了新型陶瓷材料。這種陶瓷材料,和我們日常生活中餐具、工藝品的陶瓷可大不相同。它既具有陶瓷耐熱性好、使用壽命長的優點,也有陶瓷韌性差等不足,為了揚長避短,僅加入的其它材料就有20多種,可以說,是響當當的高性能復合材料。

  20多種原材料各占多大分量,既要用材料學知識作指導,更要靠大量的試驗來驗證。楊自春和同事們制定了9種陶瓷材料系列的100多個方案。材料從送進爐膛預熱到燒制成品要一個星期,這7天他們要吃住在試驗室,進行持續觀察記錄。成品出爐后還要應用現代化的測試儀器對成品的各項物理化學性能指標逐一進行測試、分析、計算,爾后對材料配方進行修改完善。如此循環往復,前后歷時一年多,新型陶瓷材料的配方才得以確定下來。

  單一的耐火性能解決起來,也許還算不上最難。接著,另一個難題擺在了楊自春面前,那就是提高材料的隔熱性能。作為鍋爐用的耐火材料,還要隔熱性能優良。耐火磚厚不過10厘米左右,迎火面的溫度接近2000℃,背火面卻要低于300℃,否則鍋爐的鋼鐵外殼就可能發軟變形。

  陶瓷材料耐熱性能好,傳熱性能也好。讓它既耐火又隔熱,真是難上加難。楊自春向著這個科技堡壘發起了沖擊。空氣是熱的不良導體,采取在材料中做微孔的辦法實現隔熱。然而,這個孔做多大,怎么做,其中的學問很大。傳統觀念認為,孔越大、氣孔密度越大隔熱效果越好。楊自春在工程試驗對比中,發現一個有悖于傳統觀念的新現象:同樣的材料,一定范圍內氣孔直徑小的比直徑大的隔熱效果好。

  這是一種偶然現象,還是自己觀察失誤?楊自春和同事們圍繞這一現象,開展了大量的試驗研究。事實一再證明楊自春的發現是正確的,他的學術論文發表后受到國內外材料學專家的高度關注。通過進一步研究,楊自春首次應用梯度功能材料新理論,創造了新型陶瓷耐火材料納米級微孔新技術、新工藝。隨后,他又實現了新型材料的表面閉孔處理新技術。

  楊自春研制出的新型耐火隔熱陶瓷磚,獲得了一項國家發明專利、兩項國家實用新型專利,捧回了軍隊科技進步一等獎、第14屆全國科技發明博覽會銀獎,填補了國內艦用鍋爐特種高檔耐火隔熱材料的空白。

  對自己獲得的獎項,楊教授一語帶過,他講的最多的還是艦用鍋爐爐膛復雜惡劣的工作環境:不僅有大火燒、油煙熏的氧化侵蝕,還有火炮射擊、導彈發射和大風浪航行的強烈沖擊和振動,以及頻繁點火熄滅,上千度溫差劇烈變化的考驗等等。科學研究沒有止境。為了研制出可靠性更高的耐火材料和隔熱性能更加優良的隔熱材料,楊自春和他的團隊正揚帆遠航。

 
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