中国粉体网讯 近日，纪录片《栋梁之材》在央视财经频道开播，与以往工业纪录片着重呈现超级工程、超级装备的建造和制造场景不同，《栋梁之材》把镜头对准了工程和装备的幕后英雄——材料。纪录片得到工信部、国资委、中国科学院、中国工程院等权威部门和科研机构的大力支持，凝聚了近20位顶级材料科学家、院士的智慧和心血。导演组历时一年多，从300余种先进材料中优选出30多个最能代表中国材料科技水平的样本案例。
纪录片《栋梁之材》共六集，每集45分钟，分别是《百变金刚》《点石成金》《造物传奇》《天工开物》《随源开智》《创新纪元》。其中，第二集《点石成金》，讲述了特种水泥、陶瓷、玻璃、玻纤、人工晶体等先进无机非金属材料的研发和应用故事。
改变世界的水泥
悉数地球上的人类文明痕迹，几乎都和水泥有关。全世界每年的混凝土浇筑量，相当于一座长1000米、宽1000米、高接近珠穆朗玛峰的山，这个体积是其他所有建筑材料总和的两倍以上。因此，水泥成为迄今为止使用最多的人造材料。
现在，距离古罗马人发现把石灰、石膏和火山灰混合、烧煮，可以上演遇水变硬的神奇已经过去2000多年，在那之后，水泥使用的中心从欧洲、经北美，来到亚洲，今天已经到达中国。
从用于火箭发射台的超耐高温水泥，到用于建设公路铁路、跨海大桥甚至飞机跑道的高性能水泥，再到用于油、气钻井工程的超快硬水泥以及巨型水坝用的低热水泥。最近40年，中国人发明了60余种特种水泥，为一个个超级工程提供了强大支撑。
陶瓷弹簧挑战弹性极限，压缩量达25%
弹簧是机械零件的基础结构，是许多机械系统的重要组成部分。弹簧不同于其它机械零件，受力后发生形变，将势能转换成弹性性能，卸载后又将弹性性能转换成物体的势能而不发生任何变化。弹簧常应用于减震、预紧、缓冲装置中，涉及工业、航空航天、日常生活等各个方面，有着不可替代的作用。
图片来源：央视财经
目前高温弹簧多采用高温合金材料和陶瓷材料制备，但当工作温度大于 1000℃时，金属材料的强度会发生显著地降低而不能满足使用要求。故有研究者将目光锁定在具有优异耐高温和抗磨损性能的陶瓷材料身上，但陶瓷固有的低延展性使得制备陶瓷弹簧已成为一项极具挑战也极具意义的工作。
此次亮相的陶瓷弹簧，弹性压缩量可以达到惊人的25%，而目前已知的陶瓷弹簧弹性压缩量纪录是20%。这项技术，包括中国在内，全世界只有三个国家有能力生产。
满足极限性能要求的氮化硅陶瓷球
轴承是一切旋转机械的灵魂，被称为机械工业的“芯片”。其主要功能是支撑机械旋转体，降低其运动时的摩擦系数，并保证其回转精度。
此次介绍的是轴承滚动体材料——氮化硅陶瓷球，氮化硅材料俗称“陶瓷王”，其密度大约为轴承钢的42%，弹性模量高达320GPa，抗拉强度1600MPa，抗压强度高达3600MPa，900℃以下力学性质几乎不变，是滚动轴承滚动体的理想材料之一。
氮化硅轴承球在使用中转速每分钟可高达60万转，其主要用在精密机床主轴、电主轴高速轴承，航空航天发动机、汽车发动机轴承等设备用轴承中。
厚度仅0.03毫米的柔性玻璃，可以实现连续折叠100万次不破损！
玻璃，像凝固的空气，又像不会融化的冰。但透明不是玻璃与生俱来的特质。人类最早制造的玻璃与今天有很大不同，总是因为杂质而丧失清澈度，同时因为包含金属元素而呈现出不同的颜色。直到14世纪，人类才终于解开了玻璃透明的密码——杂质排除得越彻底，玻璃就越透明。
大尺寸显示玻璃，是信息时代玻璃材料竞争的高点。超1300℃的高品质玻璃液，缓缓流入装满锡熔液的锡槽，两种溶液比重不同，如同油悬浮于水面。玻璃液在锡熔液之上均匀摊开，在拉边机作用下慢慢变薄。冷却之后，经过裁切，最终形成面积达5.5平方米，厚度却只有0.5毫米的超薄玻璃。这种生产工艺由中国自主研制，被称为洛阳浮法，发明至今延续使用了50余年，同英国皮尔金顿、美国匹兹堡齐名，并称世界三大浮法工艺。
而优化洛阳浮法工艺并用其制造信息显示玻璃是中国工程院彭寿院士团队的创举。如今，彭寿院士团队研制出的一款柔性显示玻璃，厚度仅有0.03毫米，这种玻璃常应用于折叠屏手机。按照一天折叠100次计算，支持百万次弯折不破损的柔性玻璃可以让折叠手机使用超过27年。这也是彭寿院士团队创造出的新的世界纪录。
高模量、轻量化、应用广的玻璃纤维
1600℃高温，玻璃瞬间熔化。重力作用下，玻璃液从铂铑合金漏嘴中流出，下落过程中急速冷却，0.01秒瞬间固化成纤，最细的时候，直径只有4微米，相当于头发丝的十二分之一。这是材料专家祖群用玻璃做原料制备一种特殊性能的纤维材料。
特种玻璃纤维，具有高模量、轻量化、耐辐照等优异性能于一身，在航空、能源、国防等高端装备制造领域是不可或缺的关键材料。它被制成玻璃钢作为世界上使用最广泛的复合材料，在航天、航空、船舶、交通、新能源等领域都有应用。
玻璃纤维，也同样被制作成低介电玻纤布，是制作高频、高速、轻薄化线路板的主要基材。与传统E玻璃布相比，其介电常数降低29%，介电损耗降低57%，可提升信号的传输速度，改善信号传输质量，减少信号衰减与延时，是5G/6G、大型数据中心、人工智能服务器等电子线路板的关键材料。
人工晶体磷酸氧钛钾
磷酸氧钛钾，是人工晶体家族中的重要成员。
磷酸氧钛钾是性能优良的激光非线性光学晶体，是中小功率固体绿光激光器的最好倍频材料，能改变激光的频率，广泛应用于激光测距、激光医疗、激光加工等领域，是量子通讯、量子计算的关键光学元器件。
参考来源：央视财经、中国建材集团
（中国粉体网编辑整理/山川）
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