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白帝乙型耐高温材料攻关小组的驻地,设在一座拥有大型高温炉窑和精密压力机的研究所内。这里的气氛与西郊大院不同,少了些金属切削的尖锐,多了几分窑炉特有的沉闷轰鸣和特种粉末的细微气味。张彬将主要精力投注到这里,因为陶瓷基复合材料的工程化,是突破热障的第一道,也是最凶险的关隘。

会议上确定的第一个应用目标,是机头锥和主翼前缘——承受气动加热最严酷的部位。张彬从无限空间中取出部分【高性能复合陶瓷基板材】样品,交由材料团队进行基础性能复测和工艺摸索。同时,他结合脑海中的知识,开始指导团队解决两个核心难题:陶瓷固有的脆性,以及陶瓷与背后金属承力结构的可靠连接。

脆性问题相对直接,但绝非易事。张彬提出的思路是纤维增韧。“在陶瓷基体中引入高强度碳化硅纤维或氧化铝纤维,”他在技术讨论会上用粉笔画出示意图,“利用纤维的桥联和拔出效应,消耗裂纹扩展的能量,阻止灾难性脆断的发生。”这需要精确控制纤维的取向、体积分数以及纤维与基体的界面结合强度,任何微小的偏差都可能导致增韧效果大打折扣,甚至适得其反。

但真正的困境,在于连接。

“张顾问,这是第三批连接试件,”负责连接工艺的工程师老吴捧着一个托盘,里面是十几个不同形状的金属-陶瓷复合小块,脸色灰暗,“热循环测试,全部失败了。”

张彬拿起一块试件。金属部分是一种耐热镍基合金,陶瓷部分则是尝试复刻的陶瓷基复合材料小样。在连接处,一道清晰的、贯穿性的裂纹触目惊心。

“问题还是出在热膨胀系数上。”老吴指着数据记录,“陶瓷的热膨胀系数只有金属的三分之一甚至四分之一。从我们模拟的高温工作状态冷却下来,金属收缩得远比陶瓷厉害,巨大的应力直接把连接界面,或者陶瓷本身,拉裂了。”

他拿起另一个试件,连接处使用了高温钎焊料,结果更糟:“钎料本身都被拉脱了。”

冲突尖锐而具体。性能优异的陶瓷材料,却因为这物理性质的天然差异,难以与现有的金属机体“融为一体”。找不到可靠的连接方法,陶瓷护甲就无法安装到白帝身上,一切性能都只是空谈。传统的焊接、钎焊工艺在这种极端的热失配面前,显得苍白无力。

张彬盯着那些失败的试件,脑海中飞速检索着解决方案。直接照搬未来的先进连接技术不现实,必须找到符合当前工业条件和技术认知的过渡路径。

“我们可能需要放弃追求完美的冶金结合,”张彬放下试件,目光扫过沮丧的团队成员,“考虑一种‘柔性过渡’和‘机械锁止’结合的思路。”

他拿起粉笔,在黑板上画出一个新的结构示意图。

“首先,在金属和陶瓷之间,设计一个或多个热膨胀系数呈梯度变化的过渡层。比如,在镍基合金和陶瓷之间,加入一层特种不锈钢,再加入一层特殊配比的金属陶瓷复合材料。让热应力的变化在几层材料之间逐步释放,而不是集中在某一个界面上。”

“其次,”他的笔尖在连接区域画出一个复杂的凹凸结构,“在连接界面设计机械互锁结构,比如燕尾槽、波浪形啮合面。利用物理形状的咬合,来分担和传递载荷,即使界面存在微裂纹,也不至于立即整体失效。”

“最后,配合使用一种特殊的高温无机胶粘剂,它不追求极高的粘结强度,但必须具备优异的耐高温性和一定的塑性,能够填充微观缝隙,缓冲应力。”

这是一个多管齐下的妥协方案,充满了不确定性,但至少提供了一条可以立刻开始试验的路径。

收获在接下来几周艰苦的试错中缓慢积累。团队按照张彬的思路,开始设计并加工带有复杂啮合面的金属件和陶瓷件,尝试调配不同成分的梯度过渡层粉末进行热压烧结,同时化学组的同时也开始筛选和合成可能满足要求的高温胶粘剂。

失败依旧接踵而至。梯度层烧结不完整、机械锁扣加工精度不够导致应力集中、胶粘剂在高温下分解或变脆……每一个环节都需要反复调整参数,优化工艺。

直到第二十一次连接试件制备完成,被送入模拟白帝乙型高速-滑行-再高速工况的地面热循环测试设备。设备内部,高温焰流将试件加热到一千五百摄氏度,保持一段时间,然后强制风冷至室温,如此循环往复。

一百次循环。

五百次循环。

一千次循环。

监测数据实时传输到控制室。所有人都屏住呼吸,盯着代表界面应力和陶瓷内部微裂纹扩展的曲线。

当第一千次循环结束,设备停止运转,试件被小心取出时,整个车间安静了一瞬。连接区域依然存在细微的、不可避免的微观裂纹,但没有任何一条裂纹贯穿整个界面,机械锁扣结构完好,试件整体保持完整!

老吴用探伤仪仔细检查后,猛地抬起头,眼眶有些发红,声音带着压抑的激动:“连接结构……保持完整!通过了!”

一股难以言喻的振奋在团队中弥漫开来。虽然这只是万里长征的第一步,虽然这仅仅是一个小型试件,但它证明了这条技术路径的可行性!他们成功地将一块陶瓷“铠甲”,初步“挂载”在了金属骨架上,经受住了严酷的热考验。

钩子也随之浮现。在这次成功的测试中,那块陶瓷基板本身展现出了惊人的抗热震性能——在经历一千次剧烈的温度骤变后,其内部结构依然稳定,没有出现大面积开裂或性能衰退。这印证了张彬提供的数据并非虚言。

然而,当负责成本核算和制备工艺的工程师拿着初步报告找到张彬时,兴奋的情绪被泼了一盆冷水。

“张顾问,按照我们目前摸索出的、能够保证基本性能的制备工艺,”这位工程师语气沉重,“制造一平方米、厚度符合要求的这种陶瓷基复合板材,综合成本……初步估算,是等面积、等重量黄金的三十五倍。而且,这还只是材料成本,没算后续精密加工和连接工艺的投入。”

他顿了顿,补充了另一个致命问题:“还有成品率。由于工艺极其敏感,对原料纯度、烧结温度曲线、压力控制要求近乎苛刻,我们目前小批量试制的成品率……不到百分之十。超过九成的坯体,在烧结或后续处理中会因为各种缺陷而报废。”

陶瓷的挑战,从“能否连接”初步过渡到了“能否用得起”和“能否稳定造出来”。高性能带来了高成本和低成品率,这将成为横亘在白帝乙型量产之路上的新一座大山。

张彬看着报告上那刺眼的数字和百分比,神色凝重。他知道,必须尽快找到大幅降本增效的途径。或许,那台沉默的工业母机,该在材料制备领域,展现出它真正的威力了。

【签到成功!获得奖励:高温结构陶瓷粉末精密分级与喷雾造粒装置设计图。物品已存入无限空间。】

又一关键前处理设备的图纸,指向了提升原料质量、进而可能改善成品率的环节。

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