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石英玻璃、碳纤维、3D打印混凝土、非金属矿石……材料江湖你知多少?

来源:集团党委宣传部  发布时间:2022-10-31


党的二十大报告中提到

要加快实施创新驱动发展战略

加快实现高水平科技自立自强

以国家战略需求为导向

进行原创性引领性科技攻关

中国建材作为无机非金属领域的国家队

不断改革创新,支撑实体经济

让更多材料服务国家战略,助力推进高质量发展

我们每月26日开展“材料江湖”系列科普短视频

致力于打造一个材料科普的平台

让更多喜欢材料、热爱材料的小伙伴参与进来

获取更多的材料知识

解决生活中遇到的关于材料的问题

春华秋实,造物无声

材料江湖,直播有情

让我们重温10月26日“材料江湖”直播

感受“材料创造美好世界”

石英玻璃篇

石英玻璃在大家印象中总是易碎的感觉,那是如何大规模应用的呢?

我们也是进行了一系列的研究。玻璃属于脆性材料,外力作用下容易发生断裂。为了让石英玻璃得到很好的应用,石英玻璃加工可是非常关键的一个环节。主要通过慢速磨削,把石英玻璃切割成块,掏出棒材,研磨抛光成透明零件。得益于加工设备、加工技术,石英玻璃用在各个部位没有问题的。

石英玻璃的颜色和什么有关?

石英玻璃一般都是无色透明的,纯净的水晶也是无色透明的。但是在饰品界,我们经常能看到紫水晶、烟水晶,这是因为其中含有微量元素Al、Fe等时,含量不同就会呈现粉色、紫色、黄色、茶色等。石英玻璃也一样,当掺入一些金属元素、稀土元素时,便会形成不同颜色的石英玻璃,比如我今天带来的耐辐照石英玻璃因为掺杂了稀土,就偏黄。

听说有一款耐辐照的产品,大概是什么样的呢?

耐辐照石英玻璃是建材总院的一款明星产品,用作太阳敏感器的保护窗口,即使在宇宙射线照射下也不会变黑,保障了飞行器的姿态控制。

科研背后故事:

耐辐照石英玻璃经过老中青三代技术传承,于2013年实现了成熟生产线量产。其中顾真安院士在科研、工作、生活中质朴务实科学家精神对我们学生影响尤其深。他随身携带蓝色手袋,一个本子、一支笔、一个老花镜、一个钱包,用了很多年。

石英玻璃未来两个黑科技方向:

一个是研究用石英玻璃实现数据存储,另一个是研究作为储氢的材料。

碳纤维篇

碳纤维的定义:

碳纤维首先是一种纤维材料,和涤纶纤维、尼龙纤维等一样属于化工纤维,但它也是碳材料的,概括起来就是“材质是碳的纤维材料”。

碳纤维给生活带来的改变:

材料创造美好世界。高上大的碳纤维走入寻常百姓家,也就这十来年的事,碳纤维影响我们生活一方面是直接的,比如我们用的羽毛球拍、网球拍、登山杖等体育器材,还有钓鱼竿等,现在的价格都不贵了,但是用起来很舒服;另一方面碳纤维影响生活是间接的,材料作为基础材料,对工业发展构成支撑,现在风电叶片、光伏发电等新能源广泛运用了碳纤维,清洁电力的增加,火电的降低直接减少煤的消耗,让天更蓝、山更绿、水更清。

碳纤维行业中K\T\M等标准术语的含义:

K代表着千的意思,12K,就是一万两千根纤维丝束组成。

T代表拉伸强度:是指材料在拉伸过程中可承受的最大应力,表征沿轴向方向承受应力的能力。

M代表模量:是固体在载荷下的刚度或对弹性变形的抵抗力的量度,表征垂直于物体方向受应力的弹性。

简单来说:拉伸强度是长度方向的,杨氏模量是垂直长度方向的。T和M分别代表两个产品系列。

碳纤维的技术难点是什么?

碳纤维的生产是一项集多学科、精细化、高尖端技术于一体的系统工程,其涉及物理、化学、纺织、材料、精密机械、自动化等多个学科领域;有1000多个参数的高精度控制,核心控制参数300多个,且都是联动的,牵一发而动全身。

在碳纤维研发过程里,也见证了公司的发展,您有什么印象深刻的故事?

条件再差也要创造条件。那时候条件比较差,仪器设备机器简陋甚至没有,很多测试我们用自己的方法,也形成一些非常行之有效的经验,比如预氧化阶段我们通过点燃看丝的燃烧火焰判断反应程度、用烘箱烘干油剂成油皮用手感触粘性和弹性,等等。其实也正是这种积极向上的态度将碳纤维难题一个个解决。

再有就是大家很团结,很能吃苦,张国良总带着大家一起,有凝聚力,每解决一难题都有喜悦。碳化车间因为有氧化炉、低温陆、高温炉一系列加热炉,夏天的时候车间很容易超过40度,进车间2分钟内全身湿透,基本一天要湿透4-5回,工装后背都有白色盐的痕迹,但是我们的研发团队都是这样常年呆在现场一线解决难题。

中复神鹰碳纤维万吨基地的建设有哪些意义:

中国建材西宁万吨的碳纤维基地是中国首个万吨碳纤维生产基地,实现了国产高性能碳纤维稳定供货,对关键原材料自主保障提供支撑,也是我国碳纤维事业蓬勃发展的里程碑事件,提升了国产碳纤维的国际竞争力和影响力,有力推动了碳纤维行业进一步高质量发展。

3D打印混凝土篇

设计“喵坞”的契机是什么?

给流浪狗流浪猫建立庇护所,把技术和人文关怀相结合,就产生了这么一个idea,进一步设计打印出来了。

什么是3D打印混凝土呢?

3D打印混凝土就是利用计算机建模,打印机重复铺设混凝土材料,从而构建出物体的技术。3D打印技术将建筑模型转化为打印路径,利用打印系统,将混凝土材料,精确逐层叠加累积成型。这就是3D打印混凝土。

3D打印能不能盖房子?

肯定的回答是可以,国内国外都有很好的示范点,我们中国其实是走在世界的前列的,工程点甚至比国外多。目前还有一些技术有待完善和成熟,未来十年之内很可能大家就可以在网上下单打印建筑了。

3D打印混凝土和传统混凝土有什么区别?

3D打印技术,形式自由,无需模板支撑,总结起来,无模板、自动化、低碳化、少人化或者无人化、可打印复杂外形是3D打印混凝土技术的主要优势。

对从事混凝土和水泥研究的年轻人的建议:

第一是创新,无论是科研还是产业化的道路上,我们要不断地用创新的眼光来看待问题,要思考如何将传统行业与新技术相结合,比如数字化与传统建材结合形成3D打印技术等利用多学科交叉的思维方法来寻找创新路径。第二是坚持,一个新事物的出现总会伴随一些新问题,在解决这些新问题的过程是比较枯燥乏味的,但只要沉下心坚持下去,终有一天会“拨开乌云见天日”,取得成果。

非金属矿石篇

非金属矿产是什么,还有其他种类的矿产吗?

矿产资源可以分为四大类,分别为金属矿产,如金、银、铜等;能源矿产,如石油、天然气等;水气矿产,例如矿泉水;非金属矿产,如石墨、石灰岩等。非金属矿产是指自然界除了金属矿产、能源矿产和水气矿产之外的,在当前技术经济条件下可供人类社会需求而提取非金属化学元素、化合物或可直接利用的天然矿物和岩石。

目前我国已发现的矿产有多少种?

目前我国已发现的矿产有170多种,其中非金属矿产有90多种,占总数一半以上,按用途等细化亚矿种160多种,例如石灰岩可以分为水泥用、电石用、化肥用、制碱用、熔剂用、玻璃用、建筑用、制灰用、饰面用等9个亚种。

地质矿产是如何发现的呢?

地质矿产的发现一般利用地质方法、物探方法、化探方法、遥感方法,首先开展大面积的区域地质和矿产调查评价,确定找矿重点区,再对重点区进行地质勘查,主要分普查、详查和勘探,一般采用精细地质填图、物探测量、化探测量、地表揭露、深部钻探控制、实验测试等手段进行找矿。

您能介绍一下晶质石墨矿吗?

晶质石墨是国家战略非金属矿产,主要成分是碳,与金刚石成分相同,铅灰色、质软、有滑腻感、污手,鳞片状,熔点3850度,具有润滑性、耐高温、导电性等性能。我们日常的铅笔笔芯、打印机碳粉都是用石墨制造的,近年来石墨在战略新兴产业领域作用越来越突出,如新能源汽车锂离子电池负极材料。风力发电储能电池、石墨烯新型涂料等。

石灰岩的主要用途是什么呢?

石灰岩是生产水泥主要原料,生产1吨水泥大概需要0.8吨石灰岩,2021年,全球水泥用石灰岩产量44亿吨,中国产量25亿吨。

高岭土有何特点呢?

高岭土,因为在中国景德镇附近高岭山地区被广泛发现而得名,是一种以高岭石族粘土矿物为主的粘土和粘土岩。主要呈白色,有时因含有机质而呈灰或灰黑色,但煅烧后即成白色,一般较软,具有良好的可塑性、粘结性和耐火性等特性。高岭土用途广泛,如生产日用陶瓷、造纸、化妆品面膜、油漆、涂料等都离不开高岭土。

膨润土又有哪些特性呢?

膨润土,是一种主要由蒙脱石(含量40-50%)组成的粘土岩,是火山灰或凝灰岩等水解的产物,主要呈白、灰白色,质地较软,具有极强的吸水性,吸水后体积可膨胀10-30倍,还有良好的粘结力和耐火性。可分为钠基膨润土和钙基膨润土等,钠基膨润土优于钙基膨润土,吸水率、膨胀性更大,黏度大,热稳定性更好。