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第388章 陶瓷軸承

第二日清晨,呂辰和何雨柱來到紅星軋鋼廠。

軍訓的工人們已經在廠區主幹道集合,站成一個個方陣。

全場鴉雀無聲,丘巖一臉嚴肅的訓著教官隊伍,語氣嚴厲、不近人情。

路過的人們都不敢去觸黴頭,呂辰都擔心他會動手。

剛在辦公室坐下,門就被敲響了。

李懷德推門進來,臉上帶著笑意:“小呂兄弟,這麼早就來了?”

“廠長早。”呂辰站起身準備泡茶。

李懷德坐下,掏出煙發了呂辰一支:“小呂兄弟,好事兒啊,你設計的那個雙桶洗衣機,志國兄弟他們整出來一個產線。我們小批次生產了一百套,按照規定,優先給廠裡的優秀職工家庭試用,看看效果、獲取改進資料。”

他點燃煙吸了一口:“何老弟是咱們一食堂主任,又是招待灶大師傅,勞苦功高,還是咱們廠的優秀職工、五好家庭代表,被獎勵了一臺,我讓後勤直接給他送到家裡了。”

呂辰給李懷德倒了一杯茶:“謝謝廠長關照,表哥知道了一定很高興。”

“應該的。”李懷德擺擺手,“何老弟工作認真,廚藝精湛,無論是兄弟單位來人支援,還是各級領導調研,他總是任勞任怨,招待工作從來沒有出過紕漏,廠裡也是有口皆碑,組織上給一點心意是應該的。”

他頓了頓,繼續說:“小呂兄弟,還有一件事,哥哥我想和你商量商量,徵求一下你的意見。”

“廠長,甚麼事您說。”呂辰坐下。

“曉娥弟妹參與編撰的《大國崛起》第一冊出版,你知道吧?我連夜翻看了,非常了不起,哥哥我認為,部裡肯定會組織一些宣講活動,讓更多幹部和群眾瞭解世界歷史,開闊眼界。”

呂辰點點頭:“這個我知道,宣講也是好事。”

“所以我想,”李懷德身體前傾,“咱們廠裡、所裡,是不是可以邀請弟妹來一趟,給咱們的黨員、技術骨幹上一堂黨課?就以《大國崛起》為主題,講講歷史,講講大國興衰的規律,也講講……,我們正在做的這些事,在歷史長河中的位置。”

呂辰有些意外,但隨即明白了李懷德的深意。

在當前的形勢下,邀請婁曉娥來宣講《大國崛起》,不僅是對她工作的肯定,更是一種政治上的保護,表明組織認可她的工作和思想。

呂辰遲疑道:“不過,這合適嗎?曉娥畢竟年輕……”

李懷德笑了,“小呂兄弟啊,你這話可就不對了。年輕有甚麼不好,你看看咱們所裡的人,你、衛國兄弟、國華兄弟,那個不年輕?再說了,弟妹可是這本書的發起人,她是源頭,別人不知道,我還不知道嗎。更重要的是——”

李懷德的表情嚴肅起來:“《大國崛起》這本書有深度,有格局。它講的是甚麼?是一個國家、一個民族,如何在關鍵的歷史節點上,抓住機遇,勇於變革,最終站到世界的前列。”

他提點道:“我們正在做的‘星河計劃’,建設6305廠,不正是中國在電子工業這個關鍵節點上,奮力追趕、力爭上游的實踐嗎?讓弟妹來講講歷史上的大國是怎麼‘崛起’的,對我們這些正在為新中國工業‘崛起’而奮鬥的人,是一種激勵,也是一種警示。”

他轉回身:“我已經和孫書記透過氣了,他完全支援。現在就看你和弟妹的意見。”

沉默片刻,呂辰開口道:“廠長安排周到,我替曉娥謝謝您。但曉娥她畢竟第一次面對這麼多技術幹部講課,可能會緊張。”

李懷德大手一揮:“這你放心!咱們所的同志,最尊重有真才實學的人。弟妹作為咱們廠的家屬,能參與編寫這樣有分量的書,本身就證明了她的能力,這是榮耀!不會有人說三道四。”

他眨了眨眼:“這是為咱們的思想建設添磚加瓦。就這麼定了,我讓廠辦發正式邀請函,時間就定在下週五下午。你回去跟弟妹好好說說。”

“沒問題。”

又聊了一會兒,才送走李懷德。

呂辰剛坐下準備處理一些檔案,辦公室的門又被敲響了。

這次來的是工業陶瓷研究中心的一個年輕研究員,周師兄。

“呂工,湯老師請您過去一趟,說有急事。”周師兄的語氣有些焦急。

“湯教授?現在嗎?”

“對,他說越快越好。”

呂辰立即起身,跟著周師兄走出辦公樓,來到工業陶瓷研究中心。

推開湯渺教授的辦公室,他正對著桌上幾顆灰白色的圓球發呆。

那些圓球只有黃豆大小,表面光滑,在日光燈下泛著陶瓷特有的光澤。

“小呂來了。”湯渺抬起頭,臉上是掩飾不住的疲憊,“坐。”

呂辰在對面坐下,周師兄輕輕帶上門退了出去。

“湯教授,您找我?”

湯渺拿起一顆圓球,遞到呂辰面前:“你看看這個。”

呂辰接過,入手很輕,比同樣大小的鋼珠輕得多。

他對著光仔細看,圓球表面幾乎完美,沒有肉眼可見的氣孔或瑕疵。

“氮化矽陶瓷球?”呂辰問。

“對。”湯渺嘆了口氣,“我們用了三個月時間,從粉體合成開始,一步步做到這個程度。可是......”

他站起身,走到牆邊的白板前。

白板上畫滿了複雜的工藝流程圖和化學方程式,還有密密麻麻的批註。

“小呂,咱們長話短說。”湯渺拿起記號筆,在白板上圈出幾個關鍵節點,“陶瓷軸承的研發,我們遇到了幾個致命的瓶頸。”

他首先指向“粉體合成與提純”一欄。

“氮化矽粉體,目前我們有兩種方法,矽粉直接氮化法,和化學合成法。”湯渺的語氣很沉重,“矽粉氮化法成本低,但容易引入鐵、鋁、鈣等雜質,這些雜質在後續燒結中會成為缺陷源,嚴重影響軸承的疲勞壽命。”

他在“雜質”二字下重重畫了兩道線。

“化學合成法,比如碳熱還原法、氣相沉積法,能獲得高純粉體,但對裝置和原料要求極高。我們嘗試用國產的工業矽粉,透過碳熱還原製備氮化矽粉,但粉體的均勻性和燒結活性很難控制。這一批做出來的球,你看表面很好,但內部可能有我們檢測不到的微孔。”

呂辰點點頭:“粉體是基礎,基礎不牢,後面全白搭。”

“沒錯。”湯渺走到第二塊白板前,“更大的問題是成型與燒結工藝。”

他在“冷等靜壓成型”幾個字上敲了敲:“軸承球坯需要等靜壓成型,才能保證密度均勻。可咱們沒有大型冷等靜壓裝置。哈工大的精密加工實驗室答應立項研製,但那需要時間,至少一年。”

“那這些球坯是怎麼成型的?”呂辰揚了揚手中的陶瓷球。

“手工。”湯渺苦笑,“我們用最土的辦法,先模壓成近似球體,再手工修整。效率低不說,一致性根本沒法保證。這一批二十顆球,能挑出五顆尺寸公差在±毫米以內的,就算運氣好。”

呂辰的心沉了下去。

軸承是精密部件,尺寸公差的要求極為嚴苛。

手工修整?這離產業化還有十萬八千里。

“最要命的是燒結。”湯渺的語氣幾乎有些絕望了,“氮化矽是共價鍵化合物,擴散係數低,難燒結。必須在1700攝氏度以上、高壓氮氣氣氛下,進行氣壓燒結或熱壓燒結,才能實現緻密化,同時防止高溫下分解。”

他在白板上寫下一串數字:“我們需要大型高溫高壓燒結爐,爐膛尺寸至少要能裝下直徑100毫米的燒結體,溫度均勻性要控制在±5攝氏度以內,氮氣壓力要達到10兆帕以上,還要能精確控制升溫速率、保溫時間、冷卻程式......”

“這樣的裝置,國內有嗎?”呂辰問。

湯渺搖搖頭:“沒有。三個月前我就向工業部打了報告,申請研製或進口。部裡的回覆是先列入計劃,排隊等待。具體甚麼時候能批下來?不知道。”

他走到窗前,背對著呂辰,聲音有些發悶:“沒有裝置,我們就自己改造,拆了一臺舊的熱壓爐,加裝氮氣迴圈系統,重新設計加熱元件和隔熱層。可改造出來的爐子,溫度最高只能到1600多度,壓力也上不去。燒出來的球,要麼有殘留氣孔,要麼開裂變形。”

呂辰看著手中那顆看似完美的陶瓷球:“加工呢?燒結後的陶瓷球,硬度應該接近金剛石了吧?”

“接近。”湯渺一臉苦笑,“硬度達到HRA92以上,只能用金剛石砂輪研磨拋光。我們申請進口一批金剛石砂輪,報告打上去,石沉大海。現在用的是國產普通金剛石砂輪,磨削效率低,損耗快,加工一顆球的成本高得嚇人。”

他在白板上寫下另一個數字:“而且磨球機的精度不夠。軸承球的圓度要求是0.1微米,表面粗糙度Ra要小於微米。我們的設倍,最好的狀態也只能做到圓度0.5微米,粗糙度微米。差了一個數量級。”

呂辰深吸一口氣:“湯教授,實驗資料怎麼樣?效能測試做了嗎?”

提到這個,湯渺眼中總算有了一點光。

“做了。”他走到檔案櫃前,抽出一沓厚厚的測試報告,“大慶油田支援了一臺高速主軸試驗機,我們又找機修車間做了幾個模擬工況的實驗臺。初步測試結果顯示,氮化矽陶瓷軸承在高速下的溫升比鋼軸承低30%,極限轉速能提高50%以上。在潤滑不良的情況下,陶瓷軸承的壽命是鋼軸承的3到5倍。”

他翻到報告中的一頁:“我們還測試了耐腐蝕性。把陶瓷球浸泡在濃鹽酸、濃硫酸裡72小時,表面幾乎無變化。鋼軸承在這種環境下,幾個小時就鏽穿了。”

“疲勞壽命呢?”呂辰追問。

“正在做。”湯渺說,“疲勞測試周期長,要連續運轉幾千個小時。但我們已經有了一批初步資料,在相同載荷下,陶瓷軸承的疲勞壽命預計能達到鋼軸承的8到10倍。當然,這是理想樣品的理論值。”

他合上報告,嘆了口氣:“效能是真好,前景是真廣闊。可這產業化之路,也太難走了。”

呂辰沉思片刻,問:“成本估算過嗎?”

“粗略估算過。”湯渺回到桌前,翻開筆記本,“從高純粉體制備,到成型、燒結、精密加工,一顆直徑10毫米的氮化矽陶瓷球,目前的成本大約是同等尺寸鋼球的110倍。如果考慮不到30%成品率,實際成本還要更高。”

110倍!

效能再好,成本下不來,一切都無從談起。

“除了氮化矽,我們還並行研究了氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷。”湯渺繼續說,“ZTA的成本低一些,粉體容易獲得,燒結溫度也低。但硬度和韌性比氮化矽差一個檔次,適合一些低速、輕載的場景,可以作為低成本備選方案。”

他語氣複雜:“小呂,你知道最讓我難受的是甚麼嗎?不是技術難,不是裝置缺,是沒人理解。”

湯渺用力揉了揉眉心。

“我給哈工大、給鄭州三磨所、給矽酸鹽所都發過合作邀請。鄭州三磨所也在攻關金剛石砂輪,但是攻關目標完全達不到我們的要求,至談陶瓷軸承,他們覺得這是‘無稽之談’,有那功夫不如多生產點普通砂輪;矽酸鹽所倒是感興趣,可他們的資源全用在國家任務上,分不出人手。”

“就連工業部,對我們申請高溫燒結爐的報告,也是不冷不熱。”湯渺的聲音裡帶著苦澀,“可能在他們看來,陶瓷軸承太超前了,不如多煉幾爐鋼實在。”

辦公室裡再次陷入沉默,窗外,軍訓的口號聲隱約傳來。

良久,呂辰開口:“湯教授,您覺得陶瓷軸承未來的應用場景在哪裡?”

這個問題讓湯渺精神一振。

“這可多了。”他的語氣恢復了學者特有的條理性,“極端環境,如腐蝕性介質環境,深海、太空等特殊環境;高速領域,如機床主軸、高速電機、渦輪機械等;長壽命免維護需求,比如發電機、水泵等難以檢修的工業裝置;特殊工況 比如需要避免磁性干擾的精密儀器。”

他越說越激動:“小呂,你我都知道這不是天方夜譚。但是國內沒有人理解支援我們啊,眼看著美日德等國家都在拼命研究,等別人技術成熟了,專利壁壘建起來了,我們再想追,就難了。”

呂辰完全同意湯渺的判斷。

他想起前世,到了二十一世紀,高階陶瓷軸承幾乎被日本、德國、瑞典幾家公司壟斷,價格高昂,國內許多高階裝備不得不依賴進口。

“湯教授,我理解您的困境。”呂辰緩緩說,“但正因為難,才值得做。我有幾個想法,您聽聽看。”

湯渺道:“你說。”

“關於研發模式。”呂辰說,“我建議還得成立一個跨單位的‘陶瓷軸承攻關聯合體’,把相關單位全部拉進來。集中力量攻關最關鍵的技術節點,如高純氮化矽粉體合成、大型等靜壓裝置、高溫燒結爐、精密加工技術等。”

湯渺苦笑:“這個想法我也有,但各單位都有自己的難處。”

呂辰點點頭表示理解:“所以我們要換個思路,不是請求他們支援,而是給他們‘送專案’。”

“送專案?”

“對。湯教授,咱們現在不缺錢吧?暖氣片、耐腐蝕罐體、特種構件,這些產品已經開啟了市場,所裡應該有充足的研發經費。”

湯渺點點頭:“經費確實有,中心創收不少,按規定,我們可以留成30%作為研發基金,賬上二三十萬是有的。但這錢是國家的,我擔心......”

他指了指窗外正在軍訓的工人:“這個丘書記雖然不是咱們所裡的,但是有上面的支援,審查相當嚴格,萬一說咱們亂花錢……”

呂辰笑了:“湯教授,您覺得丘書記是個甚麼樣的人?”

“技術懂一點不多,拿著雞毛當令箭,不近人情。”湯渺用詞毫不客氣。

呂辰搖了搖頭:“不近人情倒是有,拿著雞毛當令箭倒不至於。”

湯渺一愣。

呂辰繼續說:“丘書記是從四機部來的,他不太懂技術是真的,但肯定懂甚麼是卡脖子。而且最重要的是,他知道自己不懂技術,所以絕對不會貿然干預。不僅如此,您如何給他看測試資料,講國外的發展情況和咱們的困境。然後告訴他,我們需要經費支援兄弟單位,共同攻關。這不是亂花錢,這是在為國家的戰略產業佈局。”

他頓了頓:“我敢打賭,丘書記不僅不會反對,反而會全力支援。因為這件事,符合他最看重的原則,為國家戰略服務。”

湯渺的眼睛漸漸亮了。

“還有一點,我覺得很重要。”呂辰特別建議,“標準。陶瓷軸承是一個全新領域,國內沒有標準,國際上也沒有成熟的標準體系。咱們要趁著現在起步早,把測試方法、效能指標、驗收規範全都建立起來。等將來產業發展起來了,我們就是標準的制定者,先把話語權搶過來。”

湯渺教授點點頭:“這個的確重要!我這就安排人手,系統測試不同工藝樣品的效能,詳細記錄每批次的引數,形成中國第一本《陶瓷軸承工藝手冊》!”

呂辰點點頭,繼續說:“至於市場開拓。不能等產品完美了再找市場,要一邊研發一邊找應用場景。”

他想了想:“咱們先從熟人下手,那些買了咱們耐腐蝕陶瓷罐體的化工廠、製藥廠,他們一定有軸承腐蝕的問題。主動上門,提供樣品試用,解決他們的痛點。”

“然後瞄準急需領域,比如機床主軸軸承,這是紅星廠自己就需要的;比如航空發動機附件軸承、高速電機軸承,這些是‘卡脖子’的關鍵部件,容易爭取國家專項經費。”

“等工藝成熟後,再向紡織機械、高速離心機等民用領域推廣。量大面廣,能攤薄研發成本。”

湯渺教授非常認可這個想法:“小呂,你說的對,咱們不能想著一步到位,應該小步快跑,迭代前進。”

頓了頓,湯渺教授道:“還有最後一個方向,你幫我分析有沒有價值。”

“甚麼?”

“碳化矽纖維增強陶瓷基複合材料。”唐渺教授緩緩說出這個名詞。

呂辰愣住了,他沒想到湯渺教授已經想到這麼超前的研究:“湯教授,這個方向太有前途了。我認為,這才是未來超高速、超高溫軸承的終極材料。氮化矽陶瓷再好,也有脆性大的問題。如果用碳化矽纖維進行增強,製備出複合材料,韌性可以大幅提升,效能會有質的飛躍。”

湯渺看著呂辰認真的表情,他知道,這不是玩笑。

他鬆了一口氣:“既然連小呂你都這樣說,那就是有前途,我們馬上開始文獻調研和前期探索。”

頓了頓,他又道:“這個丘書記,你確定不會……”

“湯教授,您放心吧,丘書記是嚴,不是壞。您要是還不放心,就去問問李廠長和劉教授,他們也是和我一樣的判斷。”呂辰覺得好笑。

這樣說,湯教授才放心下來。

正事談完,湯渺教授匆匆忙忙去了實驗室。

呂辰無奈苦笑,跟著離開了。

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