复合材料新时代正在到来
2024/08/05 | via.媒体 华尔街日报 | 收藏本文
提到人类历史上出现过的几个新材料时代,人们只能想到陶瓷、钢铁和塑料,如今,我们处于又一种新材料——复合材料的风口。这里的复合材料是指风力涡轮机、赛车和波音787客机等所使用的碳纤维材料。这种材料的优点是,它们比金属轻得多,但同样坚固,而且生产过程消耗的资源更少。
材料科学家们花费了几十年的时间,才在有限的程度上让合成材料变得更便宜和更容易获得。生产过程的劳动密集型特性,意味着它们的生产成本极高,这让这种材料只能应用于极少数收益远高于成本的领域,例如航空航天业。
现在,由于新的制造技术能快速、低成本地生产复合材料部件,所有这一切都在改变,这可能带来深刻和激动人心的变革。最早的现代合成材料是酚醛塑料,它出现于20世纪初。上世纪90年代末和本世纪初,合成材料行业开始迅速发展,用碳纤维等制造飞机机体和螺旋桨等大型结构的自动化工艺已经成熟。
过去几年里,一些初创公司开发出各种用复合材料制造小物件的工艺,这些方法既快速又便宜。这些公司包括位于美国加利福尼亚州的棱合公司、瑞士9T实验室公司、美国硅谷的轨道复合材料公司等等。把过去用钢铁和塑料制作的部件改为用复合材料制作,可能带来新的交通运输方式、更可怕的战争武器、更轻便耐用的智能手机和可穿戴设备等消费电子产品。
这一切都有可能实现,因为复合材料虽然有其局限性,却能像坚硬的金属部件一样发挥作用,重量也比金属轻得多。复合材料大大降低了现代喷气式客机的油耗,如果没有用复合材料制成的巨大涡轮叶片,风力发电根本不可能实现。用复合材料制造飞机是一回事,大规模生产小型复合材料部件又是另一回事。
与3D打印等其他开创性制造技术一样,让复合材料成为主流,更多的是一个进化过程,而不是一场革命。
如今,你可以买到用棱合公司和9T实验室生产的超轻、超坚固的零部件制造的消费品,包括布鲁克斯跑鞋、自行车轮毂和名贵手表。但接下来的情况更令人关注:空客公司正在测试棱合公司和新加坡新科工程公司的技术,希望用新材料取代其机舱内的金属支架。
9T实验室也在开发航空航天应用。轨道复合材料公司已经与美国军方签署了多项合同,开发用于卫星、火箭、无人机和高超音速飞行器的复合材料生产工艺。
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