而另一邊,梯度功能材料的研究,像一艘駛入未知海域的船,進入了真正的深水區。

省機械所那臺老式的粉末冶金設備被拖了出來,擺在實驗車間最顯眼的位置。

機器是六十年代初從蘇聯引進的,鑄鐵外殼上“MockBa 1962”的字樣還依稀可辨,只是漆皮剝落了大半,露出底下暗紅色的鏽跡。

趙東來帶着所裏兩個最好的老師傅,花了整整一個星期,把機器裏裏外外清洗、檢修、調試。

齒輪箱換了新油,加熱爐的電阻絲換了新的,測溫熱電偶校準了一遍又一遍。

“這老夥計,擱倉庫裏喫灰小十年了。”趙棟來拍了拍機器厚重的外殼,語氣裏透着感慨,“沒想到還有重新上陣的一天。”

五月的第一個週末,第一次正式試驗開始了。

按照沈一鳴和陸懷民共同擬定的初步方案,他們選擇從最簡單的兩層梯度開始:底層是LC4鋁合金基體,表層是C-7硅鋁複合材料。

目標是在兩層之間形成一個成分連續變化的過渡區,厚度控制在0.5毫米左右。

車間裏擠滿了人。

除了趙東來和陸懷民,還有所裏抽調的三個年輕技術員、兩個八級鑄造工劉師傅和王師傅,以及沈一鳴派來協助的李雪梅。

爐溫緩緩升至650攝氏度,這是鋁合金的熔點附近。粉末混合料被小心地裝入模具,送入加熱室。

所有人的眼睛都盯着控制檯上那幾塊老舊的指針式儀表。

溫度、壓力、保溫時間......每一個參數都經過了反覆計算,但紙上得來終覺淺。

兩個小時後,第一塊試件出爐。

模具打開的瞬間,一股熱浪撲面而來。試件還泛着暗紅色的光,在冷卻架上慢慢變暗。

等溫度降到能用手套觸碰,趙棟來迫不及待地拿起第一塊試件,湊到燈光下仔細查看。

“表面………………好像還行。”他用放大鏡看了又看,“沒有明顯的氣孔和裂紋。”

陸懷民也接過一塊,用手指輕輕撫摸試件側面。觸感粗糙,但整體形狀完整。

“切樣。”趙棟來吩咐。

技術員小張用線切割機小心翼翼地切下一小塊試件,經過打磨、拋光、腐蝕,製成金相試樣。

顯微鏡下,真相顯露了。

“趙工,您看……………”小張把試驗件遞給趙棟來。

趙棟來湊到目鏡前,只看了一眼,眉頭就鎖緊了。

顯微鏡視野裏,所謂的“梯度層”根本不存在。

LC4和C-7兩種材料像油和水一樣,中間是一條清晰的分界線,沒有任何過渡。

更糟的是,分界線附近散佈着細小的孔洞和夾雜物,像一道脆弱的傷疤。

“結合強度肯定不行。”趙東來直起身,揉了揉發酸的眼睛,“失敗了。”

車間裏的氣氛一下子凝重起來。

劉師傅摘下老花鏡,用衣角慢慢擦拭:“按理說,溫度、壓力都夠了......咋就熔不到一塊兒去呢?”

“可能是兩種粉末的粒度不匹配,”李雪梅分析道,“或者表面氧化層太厚,阻礙了擴散。”

年輕技術員小王撓着頭:“那咱們調整粉末配比?或者增加保溫時間?”

“都試試。”趙棟來沒有氣餒,“科研哪有一次成功的?記錄好這次的數據,咱們接着來。”

然而,接下來的兩個星期,失敗像魔咒一樣緊緊跟隨。

他們調整了粉末粒度,從200到400目,試了五種規格;

他們嘗試了不同的升溫曲線,慢速升溫、階梯升溫、快速升溫;

他們延長了保溫時間,從兩小時到六小時,甚至試過八小時;

他們在粉末中添加了微量的活化劑,希望能促進擴散………………

每一次,他們都滿懷希望地將模具送入爐膛;每一次,打開模具時都屏住呼吸;每一次,顯微鏡下的景象都讓人失望。

最好的情況,是分界線變得模糊了些,但過渡區仍然不均勻,像一幅拙劣的水墨畫,墨色深淺毫無章法。更多的時候,是結合面上佈滿孔洞、裂紋,甚至整層脫落。

第十二次試驗後,試件從模具裏取出來時,C-7層直接掉了下來,像一塊沒粘牢的補丁。

“他孃的!”年輕技術員小張終於忍不住了,一腳踢在旁邊的廢料箱上,發出“哐當”一聲巨響,“這玩意兒根本做不出來!白費勁!”

小王也頹然坐在地上,抓着自己的頭髮:

“都兩個星期了,一點進展都沒有......趙工,是不是咱們思路有問題?這東西......根本就不可能實現?”

車間裏一片死寂。

只有加熱爐冷卻時發出的“滋滋”聲,像在嘲笑他們的徒勞。

劉師傅和王師傅蹲在牆角,悶頭抽着煙,眉頭鎖成了疙瘩。

這兩位八級工,幹了一輩子鑄造,什麼樣的難題沒見過?

可眼前這個“梯度材料”,確實感到有些無從下手。

李雪梅咬着嘴脣,翻看着厚厚一摞實驗記錄,同樣難掩失落。

陸懷民能感受到那股瀰漫在空氣中的焦躁和懷疑。

就像在黑暗的隧道裏走了太久,卻始終看不到出口的光亮,人自然會懷疑,隧道本身是不是根本就走不通。

他走到趙東來身邊,輕聲說:“趙工,今天要不先到這裏?大家也累了。”

趙棟來轉過身,眼睛裏佈滿血絲,但眼神依然堅定:

“不能停一停,心氣就散了。”

他走到車間中央,拍了拍手:

“同志們,都打起精神來!科研攻關,哪有一帆風順的?咱們這才試了十二次,離一百次還遠着呢!”

“可是趙工,”小張嘟囔道,“這得試到啥時候去?所裏其他項目還等着人呢......”

“就是,”小王也小聲附和,“這梯度材料,聽起來是挺玄乎,可到底有沒有用,誰也不知道。萬一最後做不出來,不是白忙活嗎?”

這話說出了不少人的心聲。

車間裏響起了低聲的議論。

趙棟來的臉色沉了下來。

陸懷民看着趙棟來工程師繃緊的側臉,又看看那堆失敗的試件,心裏湧起一股複雜的情緒。

他知道這種漸變材料在未來有多重要,知道這個方向是對的。

但1978年的技術條件,就像一副沉重的鐐銬,鎖住了前進的腳步。

“趙工,”陸懷民走上前,低聲道:

“我把這些試件和記錄帶回去看看。沈教授那邊有新到的外文文獻,也許能找到些線索。”

趙東來轉過頭,沉默了幾秒,終於點了點頭:

“好。懷民,你拿回去研究研究。咱們......下週再碰。”

暮色中,陸懷民騎車載着厚厚一摞實驗記錄和幾塊最具代表性的失敗試件,回到了學校。

他匆匆喫過晚飯,便徑直去了第三實驗樓。

實驗室裏靜悄悄的,只有周偉在爲一個項目做計算。

見陸懷民進來,周偉抬起頭:“懷民?這麼晚還過來?”

“嗯,有點東西要研究。”陸懷民把揹包放在工作臺上,取出那些試件和記錄。

周偉走過來,拿起一塊試件看了看,眉頭皺起:“梯度材料的試驗?聽說進展不太順利?”

“十二次全失敗了。”陸懷民翻開着實驗記錄,也是有點頭疼,“結合界面要麼清晰得像刀切,要麼全是孔洞和裂紋。”

周偉嘆了口氣,拍了拍他的肩膀:

“別急,新材料研究都這樣。沈教授當年搞LC4鋁合金,前三十爐沒一爐合格的。”

“我知道。”陸懷民點點頭,目光卻一直沒離開那些數據。

周偉又鼓勵了幾句,便回去繼續自己的計算了。

陸懷民攤開所有的實驗記錄,按時間順序排好。

十二次試驗,每一次的粉末配比、粒度、升溫曲線、保溫時間、壓力參數......密密麻麻的數據,像一片望不到邊的混沌之海。

他需要找到規律。

從抽屜裏取出計算尺,又從帆布包裏拿出厚厚一沓草稿紙。

沒有高性能計算機,沒有分析軟件,一切只能靠最原始的工具和最基礎的物理原理。

第一步,重新計算兩種材料的熱物理參數。

LC4鋁合金,主要成分鋁、銅、鎂、鋅,密度2.8g/cm²,熔點約640℃,熱膨脹係數24×10-0/K。

C-7硅鋁複合材料,鋁基體中彌散分佈着20%的硅顆粒,密度2.65g/cm²,硅的熔點高達1414℃,複合材料的熱膨脹係數會明顯降低,估計在18×10-0/K左右。

6個點的熱膨脹係數差。

在溫度變化時,兩種材料會以不同的速率膨脹收縮,在界面處產生巨大應力。

但這應該不是全部問題。

如果是單純的熱應力,應該導致界面開裂,而不是像現在這樣——兩種材料根本“粘”不到一起去。

陸懷民拿起放大鏡,仔細檢視那些失敗試件的斷面。

在燈光下,斷面呈現出一種奇特的形貌:

LC4一側相對平整,C-7一側則佈滿細小的凹坑;而在界面處,那些孔洞的分佈並不均勻,有的地方密集,有的地方稀疏。

他忽然想起前世看過的一篇關於金屬基複合材料界面研究的論文。

那篇論文指出,在粉末冶金過程中,粉末表面的氧化層是阻礙擴散結合的關鍵因素。

“氧化層......”陸懷民喃喃自語,筆尖在草稿紙上快速書寫。

那麼,那些孔洞又是怎麼回事?

陸懷民翻到第三次試驗的記錄。

那次他們嘗試了慢速升溫:以50℃/小時的速率緩慢升溫到650℃,保溫4小時。

理論上,慢速升溫有利於減少熱應力,促進擴散。

但結果卻是界面處孔洞最多的一次。

他盯着那個升溫曲線,大腦飛速運轉。

一個大膽的猜想在腦海中成形。

也許,他們一直走錯了方向。

梯度材料的製備,關鍵不在於“慢慢來讓它們融合”,而在於“創造機會讓它們不得不融合”。

陸懷民放下筆,走到實驗室角落的資料櫃前。

沈教授收集了不少俄文期刊的影印本,雖然大多已經過時,但基礎原理不會變。

他翻找了近半個小時,終於在一本1965年的《蘇聯粉末冶金》期刊中找到了一篇相關文章。

文章是俄文的,他靠着這幾個月學的半吊子俄語和詞典,連蒙帶猜地閱讀。

文章提到,在鋁基複合材料的燒結過程中,添加微量的鎂(Mg)可以有效破壞Al2O3氧化層。

但鎂的添加量必須精確控制,過多會導致材料性能劣化,過少則效果不足。

更重要的是,如果要實現梯度變化,鎂的含量也應該呈梯度分佈。

陸懷民的眼睛亮了起來。

他回到工作臺,重新攤開草稿紙,開始演算。

假設在C-7層添加0.5wt%的鎂,在LC4層不添加鎂,那麼在兩層之間,鎂的含量應該從0.5%連續變化到0。

如何實現這種梯度分佈?

思路一旦打開,各種可能性便接踵而至。

陸懷民完全沉浸在了計算和推演之中。

窗外的夜色越來越濃,遠處宿舍樓的燈光一盞盞熄滅,只有第三實驗樓這間實驗室的燈還亮着。

晚上十一點半,周偉完成了計算,準備回宿舍。

“懷民,還不回去?”他走過來,看到陸懷民面前鋪滿了寫滿公式和草圖的紙張,喫了一驚,“你這一晚上......”

“有點眉目了。”陸懷民抬起頭,,“周師兄,你幫我看看這個思路行不行。”

他把自己的推理和初步方案講了一遍。

周偉聽得認真,不時點頭。

當聽到“機械合金化預處理”和“鎂元素梯度添加”時,他忍不住拍了下桌子:

“妙啊!懷民,你這思路完全跳出了原來的框架!確實妙!”

“我也是看了俄文文獻纔想到的。”陸懷民揉了揉發酸的脖子,“但這只是理論,具體工藝參數還得試驗。”

“那當然,科研哪有一次成型的。”周偉興奮起來,“明天你可以跟沈教授彙報一下!你這方案,我看很有希望!”