纤丝破壁垒 匠心铸国材——博翔新材黄小忠的碳化硅纤维攻坚之路


来源:中国粉体网   初末

[导读]  如今,湖南博翔新材料手握60余项碳化硅纤维相关专利,承担的航空发动机热端部件材料专项研究项目顺利通过验收,还与中国航发湖南动力机械研究所达成深度战略合作。

中国粉体网讯  碳纤维素有“新材料之王”的美誉,广泛应用于汽车、电子等诸多领域。而碳化硅纤维堪称碳纤维的进阶版本,它不仅延续了轻质特性,更兼备超强耐高温、抗氧化、耐腐蚀性能,同时具备绝缘优势。


受制于人,高端材料遭遇技术封锁


寻常随处可见的硅砂,历经多道精密工艺淬炼,最终化身为价值比肩黄金的第三代碳化硅纤维。作为高端装备不可或缺的“工业骨骼”,这款特种纤维是航空发动机、高超音速飞行器热端部件的核心增强材料,在国家高端装备制造领域占据着举足轻重的地位。


长久以来,第三代碳化硅纤维被海外企业牢牢把控核心技术,相关工艺被严加保密。西方国家更是将其划定为战略物资,一方面严控技术外流,另一方面全面封锁产品货源。技术与物资的双重壁垒,让国内众多科研院所、制造企业深陷“无材可用”的困境,高端装备发展一度受制于海外技术垄断。


1990年,黄小忠本科毕业后扎根长沙,先后在中南大学、国防科技大学深造,师从我国“碳化硅纤维之父”冯春祥教授,深耕新材料领域。2007年,黄小忠正式执教于中南大学,怀揣着打破国外垄断的初心,他全力投身碳化硅纤维的研发探索。2010年,黄小忠在长沙创立企业,正式开启碳化硅纤维自主研发与产业化的征程。


勇闯新路,潜心钻研攻克重重难关


创业之初,国内碳化硅纤维领域几乎一片空白。相关资料仅散见于海外文献,材料实际应用场景模糊,就连实验样品都无从获取。彼时国际主流存在两条技术路线:一是技术成熟的电子束辐照路线,二是鲜有企业涉足的掺杂路线。经过综合研判,黄小忠毅然选择了这条冷门赛道——该路线不仅能有效降低生产成本,还可进一步提升纤维综合性能,更契合国内产业化发展需求。


来源:长沙晚报


但掺杂路线的研发之路布满荆棘。该工艺需要在高温环境下引入空气,必须搭配特定金属元素来抵消空气带来的负面影响。生产环境的湿度、温度、原料杂质等海量变量相互交织,每一次工艺调试都是一场艰难挑战,无数次实验都以失败告终。更棘手的是,国内没有任何配套生产设备可供参考借鉴。黄小忠团队深知,目标产品由上千根长达500米的纤维组成,单根纤维直径仅为微米级别,工艺精度要求极高。从设备设计、零部件加工到整机调试、迭代升级,整条生产线几乎依靠团队自主摸索打造,黄小忠也风趣地将这段经历称作“手搓生产线”,日复一日的打磨只为攻克一个个技术难关。


2009年仲夏,湖南水口山有色集团的工作人员慕名找到黄小忠,咨询矿山开采出的铍元素应用方向。这次偶然的交流,为研发带来了关键性灵感:铍兼具金属优良的导热性与类似塑料的绝缘性,若将其掺入碳化硅纤维,或许能攻克长期困扰团队的纤维含氧率超标难题。团队随即开展大量实验,猜想最终得到验证——氧化铍的耐温性能甚至超越碳化硅基材,盘踞多年的含氧难题就此迎刃而解。这种跨界融合、“A+B”式的创新思路,也成为黄小忠团队后续研发中重要的创新方法论。


灵感落地为成品,依旧隔着重重阻碍。实验中常常出现理论推演毫无纰漏,实际纺丝却屡屡失败的情况,多名团队成员承受着巨大的心理压力。每当团队陷入低迷,黄小忠总会耐心安抚大家:“纺制成功算是意外,尝试失败才是常态。”凭借这份从容与坚守,整个团队咬牙挺过了最艰难的研发阶段。


终破垄断,国产碳化硅纤维跻身国际前列


数年潜心攻坚终于迎来曙光。2015年,湖南博翔新材料建成500公斤级碳化硅纤维工程产线,成为当时国内技术最先进的碳化硅纤维生产线,国产碳化硅纤维迈出产业化关键一步。


2017年,全球发动机大会上传来重磅消息:国外某航空集团推出颠覆性技术,将碳化硅陶瓷复合材料应用于航空发动机。相较于传统金属部件,新材料构件重量直接减少三分之二,还可承受2000℃以上的极端高温。这一技术突破,让国内相关部门、航天航空领域高度重视碳化硅纤维产业发展。敏锐捕捉到行业风向的黄小忠深知,国产碳化硅纤维必须加速奔跑,抢抓发展机遇。


来源:湖南日报


借助技术积淀与市场东风,博翔新材很快建成国内首条年产20吨碳化硅纤维工程化生产线,产品顺利切入航空、航天、核电等高端领域。曾经被海外垄断、每公斤售价高达1.5万美元的碳化硅纤维,在国产技术实现突破后,价格降至每公斤6000元人民币,大幅降低了国内下游产业的应用成本。


历经十余年接续攻关,黄小忠团队接连实现一代、二代、三代掺杂碳化硅纤维的技术突破与批量生产。2021年11月,企业完成10吨/年掺杂碳化硅纤维生产线建设,产能与技术实力持续攀升。2022年7月,团队再度攻坚克难,成功实现国内第三代碳化硅纤维的稳定研制与规模化量产。这款自主研发的连续碳化硅纤维,在1500℃高温环境下持续工作1小时,强度保留率仍可达80%,综合性能达到国际先进水平,标志着我国碳化硅纤维产业正式迈入3.0时代,彻底打破海外长期技术封锁。


多点开花,硬核材料赋能千行百业


如今,湖南博翔新材料手握60余项碳化硅纤维相关专利,承担的航空发动机热端部件材料专项研究项目顺利通过验收,还与中国航发湖南动力机械研究所达成深度战略合作。在深耕高端军工、航空航天领域的同时,团队积极推动技术民用化落地,碳化硅纤维已成功应用于特种消防绳索、湘绣文创等产品,并且与智能手机、飞行汽车等企业展开跨界合作,不断拓宽应用场景。


作为专注于碳化硅纤维、各类先进复合材料研发与生产的高新技术企业,博翔新材现已构建起六大产品集群,涵盖碳化硅纤维、装备用吸波复合材料、全频谱伪装材料、高性能泡沫材料、树脂基、金属基及陶瓷基复合材料等。全系列产品广泛服务于航空、航天、兵器、电子信息等高精尖领域,为各类高端装备实现轻量化、多功能化升级提供坚实的材料支撑。从受制于人到自主领跑,从实验室样品到规模化量产,黄小忠带领团队以匠心坚守初心,用技术打破壁垒,让国产高端新材料在世界舞台上绽放光彩。


参考来源:

中央广电总台国际在线.博翔新材董事长黄小忠:做客户用得起的碳化硅纤维

长沙晚报.耐温超过1800℃!一根纤维成就“钢筋铁骨”

湖南日报.博翔新材董事长黄小忠:一根纤维,可承受1800℃高温

中国企业家杂志.湖南教授闯“禁区”,一根纤维搏百亿美元大市场

浏阳经开区.从普通砂石到战略新材料——园区企业造出比肩国际的耐高温碳化硅纤维

湘江融媒.黄小忠:做客户用得起的碳化硅纤维


(中国粉体网编辑整理/初末)

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