金屬之光，燦爛輝煌。
他，風華正茂，為科學事業無私奉獻，在金屬間化合物基礎研究、多功能鈦合金研究等多方面頗有建樹。
他藉助自己的專業知識，為人類健康送去了佳音。探索海洋的奧秘，為人類未來提供更多生存的空間和能力，金屬探索之路究竟何去何從？
這是中國科學院金屬研究所所長楊銳在@一刻talks的分享。
我是一刻talks講者楊銳，來自上海科技大學，我一直在中國科學院金屬研究所工作，研究材料和製造，具體是鈦合金。
大家知道鈦合金是航空航天材料，那麼最近我們想把它用在海洋裡面，所以我今天的題目是海闊天空 智造未來。就是通過在海洋裡面的應用來擴大鈦合金這種航天航空材料的應用範圍和影響。
千百萬年以來，人類和動物一樣，它的活動範圍都侷限在地球的表面。在6000年前馴服了馬，我們學會了騎馬；在4000年前發明了車輪，終於有了馬車；這個過程很長，到130年前我們發明了汽車，一直到現在還是這樣，儘管今年不管是電能，還是傳統的燃氣在爭論不休，但是這一直是我們在地球表面最好的行動方式。
從萊特兄弟開始算起，航空實際上已經有100年的歷史，但是如果說噴氣式的飛機也只有70年曆史，載人航天從加加林上天有60年的歷史，深海下到海洋的最深處也只有60年的歷史。
那麼為什麼要上天入海呢？我們國家現在正在追趕，正在造大飛機，也正在準備萬米深潛。我們想實現毛主席說的“九天攬月、五洋捉鱉”的宏願，這是最大的願景，它的難度在哪呢？
航空航天你要上天就需要很大的動力，實際上就是發動機要做好，它的關鍵是材料與工藝問題。同樣，載人深潛下到萬米深處，會有很大的壓力，人需要待在一個載人艙裡邊，這個載人艙完全又是一個材料與工藝問題。
說到材料工藝，我們知道有三種金屬，一個是精密鑄造，一個是變形像鍛造，還有一個粉末冶金，這三種成型工藝都有3000年以上的歷史。
左邊這個鼎是用青銅鑄造的，這是中國文化的象徵。中間這個寶劍一般是鍛造的，這在冷兵器時代是大國重器。同樣粉末冶金歷史也很古老。
我們知道鋼鐵冶煉，在古代因為火熱的溫度上不去，達不到鐵的熔點，所以沒法鍊鋼，實際上是靠粉末冶金把鐵燒結在一塊製成鐵器。
所以這三種工藝現在有沒有發展？實際上有很大的發展，日新月異，每天都在進步，我們現在還在用這三種工藝進行高端製造，製造高新技術產品。
那麼今天我想舉“空、天、海”三個例子，就是分別用三種工藝來製造的。
首先是空。左邊這個是英國羅羅公司發動機，是現在最新型的空客350的唯一動力，它的效率很高，燃油消耗很低，是現在商業營運的最好的發動機。
為了進一步的降低重量，減少排放，提高效率，我們為這個發動機研製了鈦鋁合金葉片，以前是鎳，它的比重是8，現在鈦鋁比重只有4，重量降低了一半。我們為什麼能夠做成這個葉片？我們用的精密鑄造技術，葉片表面不用再加工了，可以把成本大大的降低。
這個技術現在也用在我們國家自己的發動機上，左邊這個圖片，長江1000正在研製，還需要若干年才能成功。右邊是我們為它研製的鈦鋁葉片，這個非常減重，不僅葉片本身減重一半，同時讓葉片中間的渦輪盤也能減重10公斤。航空發動機上每減重一克都要費很大的勁，那麼減重10公斤，再將葉片本身減重一半的重量，這真的相當了不起。
這裡邊最大難度是什麼呢？精密鑄造需要材料和磨合不發生反應，表面要很光滑，我們知道鈦的化學活性很高，它幾乎和所有的陶瓷材料反應。
我們看右邊這張圖，鈦裡邊的氧化鈦在熔點的時候，只有三種氧化物比它更穩定，一種是氧化釷，有放射性不能用，一種是氧化鈣，它吸潮，沉不住也不能用。
唯一的剩下就是下面氧化釔，那麼我們做了什麼事呢，我們只要攻克了難關，把氧化釔做成表面的面層，所以跟鈦沒有反應，可以做到完全不用加工的葉片，這就是航空裡面的例子。
接下來是航天，我們知道長征5號是我們國家現在推力最大的發動機，火箭準備要發射空間站，載人登月都要用火箭。那麼這裡邊，長征5號主桶子旁邊是助推器，主的桶子下邊是兩臺液發77發動機，那麼上邊一級是兩臺液發75D發動機。不要小看氫氧發動機，它的研製難度非常大，美國當年研製航天飛機的時候，就因為這個氫氧發動機的問題，卡殼整整三年。
右邊就是我們為這兩種氫氧發動機研製的氫泵渦輪。氫氧發動機裡面有三大難度，一個是氫泵，一個是氧泵，一個是燃燒室，這都是液態的。這個渦輪要在零下253度的環境下工作，等於是要通過兩個泵高速旋轉，把液氫和液氧打到燃燒室裡邊高速燃燒，所以只能用粉末冶金製造，我們通過攻關把這個問題解決了。
接下來講海。這是我們最近做的一個事情。我們國家要做萬米深潛，我們用鈦合金做了全海深的載人艙。蛟龍號載人艙是俄羅斯人幫我們做的，它實際上是8瓣手工焊起來的，像西瓜一樣的。
隨後我們國家又做了一個深海勇士號潛水器，這個技術更先進一些，像下面看到的一塊板子先衝成個半球，半球裡邊打上孔，再半球用電子束，用更先進的技術焊接起來。
但是這個深潛器只能潛4500米，我們現在要做萬米，全海深11000米，它的壓力是4500的兩倍半。美國的全海深潛水器今年5月份下水的，只能裝兩個人，而且它不能焊，是靠螺栓連接的，螺栓連接重量就上去了。
所以我們通過努力研製了一個新的合金，做了世界上最大的板材，賊厚的載人艙，終於完成了，能裝三個人，是全世界最大的，這是上個月完成的。
這個難度在哪呢？左邊這個圖，鈦合金要能夠承受深海11000米的壓力，必須有高強度，有高韌度。強度不夠，你下不了海，下邊就壓癟了，人就變成一個肉餅了。韌性不夠不安全，你做好了別人不敢坐。
所以我們看左邊那個圖，在500~600度溫度範圍內，粉紅色的，強度和韌度都很高。以前的鈦合金它在這個範圍內容易出來一個有害相，叫ω，希臘字母命名的，這個相非常有害，就像人體邊長個腫瘤一樣，一出來完蛋了。
因為這個事情比較重要，大家很關注，所以前段時間新聞聯播也報道了這個事情，我們通過了驗收，徹底建造完成了，
它們共同點都是借用信息技術的最新成果，包括超級計算，現在還有大數據、互聯網、人工智能、5G，這些都會改造傳統制造業。所以製造業的未來在於信息化和工業化的融合。我想第一步，製造業的智能化的基礎是數字化。
現在三種傳統的工藝都是跟計算、數據結合，但真正最好結合的是3D打印這種性能工藝，因為它是粉末，完全靠計算機控制，將來是有可能實現完全的數字化的。如果再加上智能裝配、精密測量，再加上其他一些元素，就可以實現完全無人的、完全自適應的、針對個體的產品特點的智能化。
在上海科技大學，我們正在建三個實驗室，一個是自適應打印實驗室，一個是精密測量實驗室，一個是智能裝配實驗室。我們希望通過這三個實驗室以及後續其他實驗室建設，搭建交叉學科的一個集成的智能製造的框架，為未來智能製造提供技術。
過去幾千萬年，人和動物一樣侷限在地球的表面自生自滅，為什麼最近六七十年使勁的折騰，上天入地下海，為什麼呢？
我想有三方面的目的。第一個就是要振奮民族精神。為什麼美國人做我們不能做，我們能不能做得更好？這裡邊上天下海，指標是最明確最簡單的，這是一個民族精氣神的最直觀的表現，這是第一個目的。
第二個目的是為了滿足好奇心。大家知道好奇心是科學研究最大的驅動力。我們一直有幾個問題，地球是怎麼變成現在這個情況的？為什麼跟周圍的星球不一樣？我們的天文學家一直在找，現在都沒找到第二個地球。為什麼呢？再一個，我們是從哪裡來的？我們以前真的是猴子嗎？說不清楚。
我們希望下到萬米深海，馬裡亞納海溝，在地球最大的裂縫裡邊看能不能找到線索，找到證據，來了解我們過去。從深淵裡邊存在的地質、環境、生命的跡象，來看看能給我們什麼啟示。所以這個不是一兩天的事情，是逐步做的一個事情。
第三個目的是更加實用的目的，是關係到人類的福祉和未來。地球將來會怎樣？我們未來會怎樣？以前有過恐龍滅絕，整個地球重來一遍，將來會不會成為可能呢？完全可能的，隨時都可能發生。
霍金曾經預言2035年都可能發生小行星撞地球，我們要不要做一些準備呢？這裡邊最現實的就是往月球去，它離我們最近。往月球上去，火箭的推力再大，也不可能把所有東西都從地球搬到月球上去。最簡單的是把人和工具搬上去，我們在那兒就地取材原位製造。
比如月球上二氧化鈦比較多，它還沒有氧氣，沒有空氣，就對鈦這種活性金屬熔鍊是最好的。你不需要做一個真空爐了，他本身就在真空裡邊。
那麼有沒有辦法把二氧化鈦這邊鈦提取出來做成鈦合金。原位建造建築物，製造車輛工具，我們人類在那生活了。另外把氧放出來之後，就可以供我們人類在那呼吸、生存。這個想法很好，難度很大，需要一步一步的來。
我們人類的未來很恐怖，實際上也很美好，完全取決於我們怎麼做，應該從今天開始一步一步地做，我相信未來終究會是美好的。
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