金属之光，灿烂辉煌。
他，风华正茂，为科学事业无私奉献，在金属间化合物基础研究、多功能钛合金研究等多方面颇有建树。
他借助自己的专业知识，为人类健康送去了佳音。探索海洋的奥秘，为人类未来提供更多生存的空间和能力，金属探索之路究竟何去何从？
这是中国科学院金属研究所所长杨锐在@一刻talks的分享。
我是一刻talks讲者杨锐，来自上海科技大学，我一直在中国科学院金属研究所工作，研究材料和制造，具体是钛合金。
大家知道钛合金是航空航天材料，那么最近我们想把它用在海洋里面，所以我今天的题目是海阔天空 智造未来。就是通过在海洋里面的应用来扩大钛合金这种航天航空材料的应用范围和影响。
千百万年以来，人类和动物一样，它的活动范围都局限在地球的表面。在6000年前驯服了马，我们学会了骑马；在4000年前发明了车轮，终于有了马车；这个过程很长，到130年前我们发明了汽车，一直到现在还是这样，尽管今年不管是电能，还是传统的燃气在争论不休，但是这一直是我们在地球表面最好的行动方式。
从莱特兄弟开始算起，航空实际上已经有100年的历史，但是如果说喷气式的飞机也只有70年历史，载人航天从加加林上天有60年的历史，深海下到海洋的最深处也只有60年的历史。
那么为什么要上天入海呢？我们国家现在正在追赶，正在造大飞机，也正在准备万米深潜。我们想实现毛主席说的“九天揽月、五洋捉鳖”的宏愿，这是最大的愿景，它的难度在哪呢？
航空航天你要上天就需要很大的动力，实际上就是发动机要做好，它的关键是材料与工艺问题。同样，载人深潜下到万米深处，会有很大的压力，人需要待在一个载人舱里边，这个载人舱完全又是一个材料与工艺问题。
说到材料工艺，我们知道有三种金属，一个是精密铸造，一个是变形像锻造，还有一个粉末冶金，这三种成型工艺都有3000年以上的历史。
左边这个鼎是用青铜铸造的，这是中国文化的象征。中间这个宝剑一般是锻造的，这在冷兵器时代是大国重器。同样粉末冶金历史也很古老。
我们知道钢铁冶炼，在古代因为火热的温度上不去，达不到铁的熔点，所以没法炼钢，实际上是靠粉末冶金把铁烧结在一块制成铁器。
所以这三种工艺现在有没有发展？实际上有很大的发展，日新月异，每天都在进步，我们现在还在用这三种工艺进行高端制造，制造高新技术产品。
那么今天我想举“空、天、海”三个例子，就是分别用三种工艺来制造的。
首先是空。左边这个是英国罗罗公司发动机，是现在最新型的空客350的唯一动力，它的效率很高，燃油消耗很低，是现在商业营运的最好的发动机。
为了进一步的降低重量，减少排放，提高效率，我们为这个发动机研制了钛铝合金叶片，以前是镍，它的比重是8，现在钛铝比重只有4，重量降低了一半。我们为什么能够做成这个叶片？我们用的精密铸造技术，叶片表面不用再加工了，可以把成本大大的降低。
这个技术现在也用在我们国家自己的发动机上，左边这个图片，长江1000正在研制，还需要若干年才能成功。右边是我们为它研制的钛铝叶片，这个非常减重，不仅叶片本身减重一半，同时让叶片中间的涡轮盘也能减重10公斤。航空发动机上每减重一克都要费很大的劲，那么减重10公斤，再将叶片本身减重一半的重量，这真的相当了不起。
这里边最大难度是什么呢？精密铸造需要材料和磨合不发生反应，表面要很光滑，我们知道钛的化学活性很高，它几乎和所有的陶瓷材料反应。
我们看右边这张图，钛里边的氧化钛在熔点的时候，只有三种氧化物比它更稳定，一种是氧化钍，有放射性不能用，一种是氧化钙，它吸潮，沉不住也不能用。
唯一的剩下就是下面氧化钇，那么我们做了什么事呢，我们只要攻克了难关，把氧化钇做成表面的面层，所以跟钛没有反应，可以做到完全不用加工的叶片，这就是航空里面的例子。
接下来是航天，我们知道长征5号是我们国家现在推力最大的发动机，火箭准备要发射空间站，载人登月都要用火箭。那么这里边，长征5号主桶子旁边是助推器，主的桶子下边是两台液发77发动机，那么上边一级是两台液发75D发动机。不要小看氢氧发动机，它的研制难度非常大，美国当年研制航天飞机的时候，就因为这个氢氧发动机的问题，卡壳整整三年。
右边就是我们为这两种氢氧发动机研制的氢泵涡轮。氢氧发动机里面有三大难度，一个是氢泵，一个是氧泵，一个是燃烧室，这都是液态的。这个涡轮要在零下253度的环境下工作，等于是要通过两个泵高速旋转，把液氢和液氧打到燃烧室里边高速燃烧，所以只能用粉末冶金制造，我们通过攻关把这个问题解决了。
接下来讲海。这是我们最近做的一个事情。我们国家要做万米深潜，我们用钛合金做了全海深的载人舱。蛟龙号载人舱是俄罗斯人帮我们做的，它实际上是8瓣手工焊起来的，像西瓜一样的。
随后我们国家又做了一个深海勇士号潜水器，这个技术更先进一些，像下面看到的一块板子先冲成个半球，半球里边打上孔，再半球用电子束，用更先进的技术焊接起来。
但是这个深潜器只能潜4500米，我们现在要做万米，全海深11000米，它的压力是4500的两倍半。美国的全海深潜水器今年5月份下水的，只能装两个人，而且它不能焊，是靠螺栓连接的，螺栓连接重量就上去了。
所以我们通过努力研制了一个新的合金，做了世界上最大的板材，贼厚的载人舱，终于完成了，能装三个人，是全世界最大的，这是上个月完成的。
这个难度在哪呢？左边这个图，钛合金要能够承受深海11000米的压力，必须有高强度，有高韧度。强度不够，你下不了海，下边就压瘪了，人就变成一个肉饼了。韧性不够不安全，你做好了别人不敢坐。
所以我们看左边那个图，在500~600度温度范围内，粉红色的，强度和韧度都很高。以前的钛合金它在这个范围内容易出来一个有害相，叫ω，希腊字母命名的，这个相非常有害，就像人体边长个肿瘤一样，一出来完蛋了。
因为这个事情比较重要，大家很关注，所以前段时间新闻联播也报道了这个事情，我们通过了验收，彻底建造完成了，
它们共同点都是借用信息技术的最新成果，包括超级计算，现在还有大数据、互联网、人工智能、5G，这些都会改造传统制造业。所以制造业的未来在于信息化和工业化的融合。我想第一步，制造业的智能化的基础是数字化。
现在三种传统的工艺都是跟计算、数据结合，但真正最好结合的是3D打印这种性能工艺，因为它是粉末，完全靠计算机控制，将来是有可能实现完全的数字化的。如果再加上智能装配、精密测量，再加上其他一些元素，就可以实现完全无人的、完全自适应的、针对个体的产品特点的智能化。
在上海科技大学，我们正在建三个实验室，一个是自适应打印实验室，一个是精密测量实验室，一个是智能装配实验室。我们希望通过这三个实验室以及后续其他实验室建设，搭建交叉学科的一个集成的智能制造的框架，为未来智能制造提供技术。
过去几千万年，人和动物一样局限在地球的表面自生自灭，为什么最近六七十年使劲的折腾，上天入地下海，为什么呢？
我想有三方面的目的。第一个就是要振奋民族精神。为什么美国人做我们不能做，我们能不能做得更好？这里边上天下海，指标是最明确最简单的，这是一个民族精气神的最直观的表现，这是第一个目的。
第二个目的是为了满足好奇心。大家知道好奇心是科学研究最大的驱动力。我们一直有几个问题，地球是怎么变成现在这个情况的？为什么跟周围的星球不一样？我们的天文学家一直在找，现在都没找到第二个地球。为什么呢？再一个，我们是从哪里来的？我们以前真的是猴子吗？说不清楚。
我们希望下到万米深海，马里亚纳海沟，在地球最大的裂缝里边看能不能找到线索，找到证据，来了解我们过去。从深渊里边存在的地质、环境、生命的迹象，来看看能给我们什么启示。所以这个不是一两天的事情，是逐步做的一个事情。
第三个目的是更加实用的目的，是关系到人类的福祉和未来。地球将来会怎样？我们未来会怎样？以前有过恐龙灭绝，整个地球重来一遍，将来会不会成为可能呢？完全可能的，随时都可能发生。
霍金曾经预言2035年都可能发生小行星撞地球，我们要不要做一些准备呢？这里边最现实的就是往月球去，它离我们最近。往月球上去，火箭的推力再大，也不可能把所有东西都从地球搬到月球上去。最简单的是把人和工具搬上去，我们在那儿就地取材原位制造。
比如月球上二氧化钛比较多，它还没有氧气，没有空气，就对钛这种活性金属熔炼是最好的。你不需要做一个真空炉了，他本身就在真空里边。
那么有没有办法把二氧化钛这边钛提取出来做成钛合金。原位建造建筑物，制造车辆工具，我们人类在那生活了。另外把氧放出来之后，就可以供我们人类在那呼吸、生存。这个想法很好，难度很大，需要一步一步的来。
我们人类的未来很恐怖，实际上也很美好，完全取决于我们怎么做，应该从今天开始一步一步地做，我相信未来终究会是美好的。
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