這幾天，青島科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院大四學(xué)生梁紹臻很忙碌，他和小伙伴們剛從南昌賽場(chǎng)捧回了第七屆中國國際“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽全國總決賽銀獎(jiǎng)，回校之后他要補(bǔ)上先前因比賽落下的實(shí)驗(yàn)，還要關(guān)注八月份新創(chuàng)辦公司的運(yùn)營情況。2000年出生的梁紹臻和另外兩位同學(xué)在王志義、王曼兩位老師的指導(dǎo)下共同研發(fā)了加工先進(jìn)陶瓷精密部件的新技術(shù)，破解了當(dāng)前先進(jìn)陶瓷部件精密化、低成本、規(guī)模化制造難題，獲國家發(fā)明專利5項(xiàng)。正是這項(xiàng)新技術(shù)讓他們摘得了國賽銀獎(jiǎng)，也幫助他們?cè)趦蓚€(gè)月里創(chuàng)收20余萬元。
破解技術(shù)難題，在陶瓷燒結(jié)之前“做文章”，讓生坯像“軟鋼”
人們生活中常用的傳統(tǒng)陶瓷主要是以天然硅酸鹽礦物為原料燒制而成；而先進(jìn)陶瓷又被稱為特種陶瓷、精密陶瓷，是采用高純度、超細(xì)人工合成或精選的無機(jī)化合物為原料，具有精確的化學(xué)組成、精密的制造加工技術(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，擁有耐磨損、耐腐蝕、耐高溫、抗氧化、高硬度等優(yōu)良性能的新型材料，可用于機(jī)械、電子、化工、冶煉、能源、醫(yī)學(xué)、航空航天、國防等領(lǐng)域。先進(jìn)陶瓷性能如此優(yōu)越，可加工成本很高，特別是形狀復(fù)雜的高精度部件，加工難度大、周期長、成品率低，極大制約了其產(chǎn)量和市場(chǎng)化應(yīng)用。“對(duì)比一下，像塑料等有機(jī)高分子材料，一‘吹’就能‘吹’出個(gè)容器；金屬材料用車床可以加工成各種形狀；而陶瓷由于其自身的高強(qiáng)度、高硬度、高脆性，加工難度是有機(jī)高分子材料和金屬材料的幾百倍。”青島科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授王志義說。傳統(tǒng)的加工方法多是在陶瓷燒結(jié)之后“做文章”，用金剛石磨料一點(diǎn)一點(diǎn)、一層一層進(jìn)行磨削加工，工序繁雜，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，陶瓷表面也容易留下微裂紋，影響性能。用這種方法加工簡單形狀尚可，加工復(fù)雜形狀很難，往往精度達(dá)不到。
針對(duì)這個(gè)難題，王志義指導(dǎo)學(xué)生關(guān)注陶瓷生產(chǎn)的全工藝，在燒之前“做文章”，即把生坯加工成所需要的形狀，然后再燒制。不過這又面臨新的難題，那就是普通生坯的強(qiáng)度非常低，只有4至6兆帕，而且很脆，一加工就會(huì)碎掉。為此，梁紹臻和他的兩位同學(xué)想到了有機(jī)無機(jī)雜化技術(shù)，以有機(jī)為主、無機(jī)為輔，構(gòu)建出三維網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)化結(jié)構(gòu)并以此來固定生坯粉料，這樣就獲得了高強(qiáng)度且具有塑性的生坯。這種生坯的強(qiáng)度可達(dá)到60兆帕，接近軟鋼的水平，并且有一定韌性，因此可以像金屬一樣直接進(jìn)行機(jī)床加工，各種復(fù)雜精密的形狀都不再是難題。這個(gè)原理聽上去并不難，但實(shí)際上這其中的有機(jī)無機(jī)雜化技術(shù)才是真正的核心技術(shù)。雜化技術(shù)就像生物學(xué)中的雜交技術(shù)，它使生坯融合了有機(jī)和無機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，即塑性和強(qiáng)度。但有機(jī)和無機(jī)是相互對(duì)立的兩種物質(zhì)，梁紹臻和他的同學(xué)所突破的，就是為這兩者搭建“橋梁”，使它們相遇并和平共處。
用陶瓷代替金屬加工成螺栓、閥門、模具等，市場(chǎng)前景廣闊
金屬螺栓在日常生活中隨處可見，但陶瓷螺栓并不常見，究其原因，就是用傳統(tǒng)的陶瓷加工方法很難做出精密螺紋，其加工成本是金屬螺栓的上百倍。梁紹臻和他的同學(xué)用自主研發(fā)的方法，實(shí)現(xiàn)了陶瓷螺栓的機(jī)床加工，成本大幅降低，且可以進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)。梁紹臻告訴記者，他們的陶瓷螺栓已經(jīng)賣給了鋼鐵部件生產(chǎn)企業(yè)，用在鋼水連鑄機(jī)中。以前企業(yè)生產(chǎn)都是使用金屬螺栓，耐溫性差，使用壽命只有12小時(shí)，時(shí)限一到就要停機(jī)更換，頻繁停機(jī)給企業(yè)帶來的損失非常嚴(yán)重。而陶瓷螺栓耐高溫，使用壽命可達(dá)7至10天，大幅降低了停機(jī)頻次和成本消耗。他們自主創(chuàng)業(yè)的公司成立僅兩個(gè)月，陶瓷螺栓就創(chuàng)收20多萬元。此外，他們生產(chǎn)的耐腐蝕全陶瓷閥門，解決了金屬閥門不耐腐蝕和磨損，以及內(nèi)貼陶瓷片金屬閥門熱膨脹系數(shù)不一致容易泄露的問題。他們生產(chǎn)的耐磨多孔陶瓷輪胎模具，不但解決了金屬模具易磨損的問題，還解決了金屬模具無法避免的輪胎毛刺問題，有效提高輪胎性能。這兩種產(chǎn)品也都實(shí)現(xiàn)了市場(chǎng)銷售。
學(xué)業(yè)事業(yè)兩不誤，作為專業(yè)成績第一名、國家獎(jiǎng)學(xué)金獲得者，目前梁紹臻已被成功推免至華東師范大學(xué)。他說，雖然明年就要“轉(zhuǎn)戰(zhàn)”上海，但公司作為科技型企業(yè)，研發(fā)設(shè)計(jì)工作并不受地域限制，相反，他會(huì)用進(jìn)一步深造所獲得的知識(shí)和能力更好地為公司發(fā)展服務(wù)。“我們公司的目標(biāo)是成為世界頂尖的先進(jìn)陶瓷研發(fā)集合體。”這位“00后”如是說，語調(diào)平和，卻充滿堅(jiān)定。（青島日?qǐng)?bào)社/觀海新聞?dòng)浾?王沐源）
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