曾推動鎂合金研究走向世界前列，近期又發力高端制造檢測設備替代-天天快資訊

“自改革開放以來，中國產業的發展從向下拓展，正在逐步朝著向上溯源的方向邁進。”中國工程院院士、輕合金精密成型國家工程研究中心主任、上海交通大學氫科學中心主任丁文江表示。

圖丨丁文江（來源：資料圖）

【資料圖】

1953 年，丁文江出生于上海市。后來，他來到上海交通大學鑄造工藝與裝備專業學習，并于 1981 年畢業后留校工作。

在科研腳步剛剛開始之際，丁文江專注于鋁材料領域，并以非熱處理強化鋁合金為研究重點。1983 年，基于一次偶然的契機，他轉入對鎂材料的研究，并在該領域披荊斬棘了長達四十年。他的科研經歷和轉化落地的一系列探索，在某種程度上也與他提出的“向上溯源、自立自強”的發展理念相符。

聚焦鎂合金材料四十載，多次取得突破性成果

每一個學過化學的人，都應該知道鎂這種金屬元素。它占據著元素周期表上第 12 號排位，它既是于自然界廣泛分布、且屬于人體必需元素的一種，又是常見的一類密度小、化學活性大的輕金屬。

但在實際生活中，普通人似乎只能通過兩種方式直接知道鎂這種元素。其一是節日之際燃放的焰火，就是通過鎂燃燒后會發出刺眼光芒的原理制成的，如果在其中添加不同的氧化物，便可呈現出豐富的色彩。其二是早期照相時使用的鎂光燈，也是通過燃燒鎂粉放出強光實現的。

于丁文江而言，他和鎂的結識有些與眾不同。

1983 年，中國剛剛引進桑塔納轎車。在推進國產桑塔納下線的過程中，上海第一汽車附件廠發生了一次燃燒事件。當時相關負責人以為是鋁發生了燃燒，便邀請從事鋁研究的丁文江前來一探究竟，但經過確認才發現，是桑塔納上的兩個鎂合金零件，即變速箱的殼體和殼蓋，發生了燃燒。

這次經歷，讓丁文江開始對鎂材料產生興趣。

1987 年，他參與到桑塔納轎車鎂合金變速箱的國產化科研工作中。

“當時，中國正值改革開放，幾乎所有產業領域都在引進國外生產線，包括鋼鐵、洗衣機、電視機、冰箱等。我們科技人員的主要職責，就是把引進來的產品進行國產化。”丁文江表示。

在他們投身于鎂合金材料的制備時，發現其中存在一個很大的問題。

一般來說，所有的金屬材料都是先熔化，再燃燒，也就是熔點低于燃點。但鎂材料卻剛好相反，因為其燃點低于熔點，所以往往還沒熔化，就會與氧氣發生反應并燃燒。

可是，在制造任何產品之前，都需要先經過熔化材料這個環節。因此，鎂的這種特性，給產品生產帶來了極大阻礙。

雖然他們使用各種手段，來為鎂材料提供保護，但這種方式也增加了生產的難度，并提高了成本。

為了攻克這個問題，丁文江開始研究鎂發生燃燒的原因。

和鋁一樣，鎂和氧的親和力也非常大。不過，鋁和氧可以通過反應生成三氧化二鋁，后者能夠阻止鋁繼續被氧化。而鎂的氧化膜是疏松的，就像魚鱗一樣，存在一片一片的間隙，所以并不能阻止鎂的持續氧化。

基于此，丁文江和團隊通過改造鎂的氧化物結構，即使用摻雜稀土元素的氧化膜，讓其和鎂的氧化膜實現互補，進而開發了阻燃鎂合金，成功地將鎂的燃點從 520℃ 提升到 935℃，遠遠高于鎂的熔點（651℃）。基于該項成果，他們獲得了國家科學技術進步獎。

除了燃點較低外，鎂還存在另外一個弱點，那就是強度不夠高，而這會給大規模應用帶來難題。

對此，他們在高強度鎂合金方面進行探索，最終將鎂合金的強度提高到 500 兆帕，使用溫度提高到 300℃。

將鎂和氫成功地聯系到一起，開拓出鎂基能源材料的研究方向，則是丁文江的又一項重要研究。

在推進新能源發展和綠色低碳轉型的過程中，排在元素周期表第一位的化學元素氫，扮演著關鍵角色。雖然氫是綠色清潔能源，但其要想實現規模化應用，卻并非輕而易舉。

這是因為，氫通常以由雙原子分子組成的氫氣形態存在，在常溫常壓的狀態下，極易發生燃燒和爆炸，非常不利于儲存和運輸。即使是采用目前常用的高壓氣態儲氫和低溫液態儲氫等儲氫方式，也需要耗費巨大成本。

為了破解這個難題，丁文江團隊花了很長時間探索和嘗試。最終，他們決定將鎂和氫直接結合，從而制備出含有鎂氫元素的合金材料，讓氫能夠借助常溫低壓條件下固態儲存的方式，很好地“留存”在鎂基材料中。

經過測試，他們發現采用固態儲氫方式，可以實現每立方米 110 公斤氫氣的儲存。這一數據遠遠超過用高壓氣態和低溫液態方式儲存的氫氣量，后兩者分別為每立方米儲氫 14.4 公斤和 70 公斤。據了解，去年 12 月，他們已經設計出可以儲存 1.5 噸氫氣的世界首臺標準化鎂基固態儲氫車。

據悉，這種固態儲氫方式，既能夠適應大規模、長距離的氫運輸，又有利于儲存多余的能源，可廣泛應用于儲能、交通運輸、熱電聯供等領域。

聯合創立高端制造設備公司，助推技術自立自強

“中國改革開放的前三十年里，在跟蹤、模仿、引進、消化、吸收和競爭上，花了很大的力氣。我把這個發展現狀做了一個總結，叫向下拓展。桑塔納的引進和國產化，便可看作是其中的一個縮影。十八大以來，我國進一步加強了對科技創新的重視。如今二十大又將科技發展提到了一個更高的程度，即加快推進自立自強。因此我認為，未來我國科技一定會以向上溯源為發展方向。”丁文江表示。

迎著這個發展趨勢，丁文江聯合中國科學院院士張澤，以及其他經驗豐富的工程技術專家，共同創辦了無錫亙芯悅科技有限公司，并由丁文江院士擔任公司的首席科學家。

據介紹，這是一家高端制造設備公司，主要聚焦于量測與檢測設備的研發和生產，應用于半導體等高端制造業。

圖丨坐落于無錫新吳區微納園的亙芯悅（來源：資料圖）

在該公司名稱的背后，隱含著哪些立意呢？

據丁文江介紹，亙芯悅所專注的業務，是芯片生產過程中必不可少的一個環節，會對中國芯片產業鏈的發展起到良好的補充作用。

因此，“亙”是亙古不變的意思，表達公司堅持立足長遠的發展使命；“悅”則取高興之意，希望既能夠讓芯片感到高興，又能夠讓做芯片行業的人感到高興，意在開發高質量的檢測設備。

圖丨公司圖（來源：資料圖）

那么，該公司的初衷與使命，又將以怎樣的發展策略來踐行呢？

丁文江表示：“我們主要從完成進口替代和實現存量選優這兩個策略出發。”

對于進口替代，他介紹了公司正在開展的其中兩方面工作。

一方面，是實現檢測設備中腔體材料的更新換代。

在檢測設備中，有一個用于提供真空環境的腔體。它的精度和穩定性，對于設備性能來說至關重要。

芯片制程正在朝著越來越小的方向發展，制造設備的腔體減震上必須得到充分保證。盡管機械減震是通常采用的方法，丁文江團隊研究發現，材料也可以在減震方面發揮很大作用。他們正在嘗試使用鎂材料，來制造原來基于鋁材料制成的腔體。

“一旦成功，我們就逐步達到了更新換代，進而實現了一個細分領域的自立自強。”丁文江說。

圖丨公司圖（來源：資料圖）

另一方面，是實現電子槍材料的更新換代。

電子槍是電子光學領域的一個核心零部件，其主要功能在于發射電子、控制電子流、聚焦電子束等，多用于鎢絲燈和顯像管中。

目前，所有的電子槍都是基于鎢材料，朝著從大到小的方向，通過不斷研磨、切削來制備。

在這方面，丁文江團隊改換從小到大的制備思路，正在探索使用比鎢材料更合適的材料，制備新型電子槍。

這些例子體現了存量選優的策略，也支撐著亙芯悅的發展。簡單來說，是用多年積累下來的深厚產業經驗作為支撐，在已有產品的基礎之上做好成本控制，選擇最合適且最有用的那些技術與材料來提高產品的性能指標。

“我們希望公司通過轉化這些科研成果，在未來可以達到增量創優的目的。同時，科研成果的高水平工程化，可以將企業帶到該領域的領先地位，也是我們科技產業的一個愿景。”丁文江最后表示。

支持：張智

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