上海交大张荻院士团队：新型铝基复合材料，助力长征十二号首飞！

2024年11月30日

长征十二号运载火箭

在海南文昌商业航天发射场

成功首飞

长征十二号由上海航天八院研制

是我国首型4米级箭体直径、

迄今低轨运力最强的单芯级运载火箭

将成为我国商业航天发射的主力担当

并为研发可重复使用火箭奠定了基础

上海交大张荻院士团队

为航天用材再添新丁

新型铝基复合材料

助力长征十二号首飞

长征十二号首飞箭的级间段首次采用了上海交通大学材料科学与工程学院、金属基复合材料国家重点实验室研发的新型碳纳米管/铝基复合材料，满足了商业航天发展对结构轻量化的迫切需求。这标志着金属基复合材料的又一重大突破，为我国航天材料家族再添新丁。碳纳米管兼具轻、强、刚、韧的特性，是新一代铝材性能升级理想的“强化剂”。然而，如何使碳纳米管与铝合金高效复合是科学与技术的一大挑战。启迪于自然界超高强韧的贝壳微结构，金属基复合材料国家重点实验室张荻院士团队李志强研究员课题组提出了微纳砖砌构型化复合的学术思想，发展了“基元组装、以小制大”的片状粉末冶金仿生制备技术，突破了碳纳米管与金属基体跨维度-尺度匹配、界面相容等一系列关键难题，创制出高模量、高强韧的碳纳米管/铝基复合材料，被国际同行誉为开发新一代高强韧金属基复合材料的典型范例。

在基础研究支撑下，张荻院士团队李志强研究员课题组历经近十年攻关，先后攻克了宏量化粉末复合、大规格锭坯制备及变形加工等工程化制备技术，并与上海航天八院密切合作，攻克了热处理、钣金、铆接、阳极氧化、搅拌摩擦焊接等工程化应用技术，在全世界范围内率先实现了碳纳米管/铝基复合材料的航天应用。作为自主研发、自主可控的新材料，未来，碳纳米管/铝基复合材料将为空天、国防等高端装备跨代发展提供保障，并为商业航天和低空经济等新质生产力插上腾飞的翅膀。

长征十二号运载火箭发射实况

张荻院士带领团队，长期从事金属基复合材料应用基础研究。针对复合设计与制备、界面及形变调控、复合构效关系的关键科学与技术难题，张荻院士团队建立了多元复合体系热/动力学模型，通过调控合金成分和增强体表面性质改善复合界面相容性，发现并揭示了增强体诱发动态再结晶的热变形机制，解决了复合制备与成形加工难题。近20年来，所研制的高性能碳化硅(SiC)增强铝基复合材料成功应用于我国航天等高科技领域，为探月工程、中国空间站、北斗三号等数十个航天器提供了上万件关重构件，为我国航天材料科学的发展做出了重大贡献。

面向未来，张荻院士团队正持续探索复合材料科学的前沿。物竞天择，自然界生物经亿万年进化衍生出令人惊叹的分级精细构型和优异特性。张荻院士认为，向自然学习也许是科研工作者做科研的最好途径，为此张荻院士提出了“生物拓扑构型化未来复合材料”的概念，通过人工智能驱动人工材质与生物拓扑构型的耦合优化，构建变革性复合设计新理论与制备新技术，突破传统复合材料的性能边界，创制出具有超常性能的系列未来复合材料，为早日实现航天强国的伟大梦想做出更大的贡献！

2010年至今

张荻院士带领团队

凭借独创的高性能碳化硅(SiC)

增强铝基复合材料

连续助力中国航天多次重大突破

书写“五助嫦娥奔月”的辉煌篇章

嫦娥二号：首战告捷

2010年10月1日，“嫦娥二号”探测器成功发射。该团队的新型复合材料首次接受太空考验，材料以其出色的轻质高强度特性，显著提高了探测器结构件的性能，为“嫦娥二号”提供了更为精准的控制与更远的观测距离，为后续任务奠定了坚实基础。

嫦娥三号：稳扎稳打

2013年12月，“嫦娥三号”探测器平稳着陆在月球虹湾区域，张荻院士团队研制出由SiC颗粒增强铝基复合材料制成的行走棘爪，成功应用于“玉兔二号”月球车。该材料不仅增强了着陆器的抗冲击能力，确保了月面软着陆的平稳与安全，还为月球车“玉兔号”的移动部件提供了可靠支撑，使其在极端环境下依旧能够灵活作业。

嫦娥四号：历史突破

2019年1月，“嫦娥四号”探测器在人类历史上首次实现月球背面软着陆。在无直接通信联系的月背环境下，材料的耐用性与适应性至关重要，团队技术成功保障了探测器在极端温差和复杂地形下的正常运行，推动了人类对月球未知领域的探索。

嫦娥五号：样本回归

2020年12月，嫦娥五号探测器月球车成功完成了月球表面采样并安全返回地球。这一任务不仅标志着中国首次月球样本返回任务的圆满成功，也验证了该团队的复合材料在深空探测中长期稳定使用的可行性，为后续的深空探索任务铺平了道路。

嫦娥六号：续写辉煌

2024年5月3日，探月工程嫦娥六号探测器成功发射，踏上前往月球背面南极-艾特肯盆地的科研征程。材料科学与工程学院张荻院士与欧阳求保教授团队研制的高性能碳化硅(SiC)增强铝基复合材料再次担纲重任，为嫦娥六号的航天器结构与关键部件提供坚实保障。

科研铸就飞天路

交大智慧

助力航天强国建设

来源：央视新闻 材料科学与工程学院