启航工业材料研究所,陆先进的办公室里,燕京重电那份传真压在桌上。
主变压器的绕组绝缘材料,高压直流输电接口对绝缘性能的要求,远远超出了现有技术体系。
他召集了材料所的核心骨干,直接把问题抛出来。
“各位,摆在我们面前的,是关山风神项目的能量心脏。变电站的核心,就在绝缘材料上。
燕京重电给出的方案,是进口。
韩总的意思,我们自己干。”
几名核心研究员围坐一团,脸色都不好看,实验室里一阵沉默。
大家你看看我,我看看你。
老技术员王工挠挠头:
“陆总工,不是咱们不想干,是这玩意儿,真不是一朝一夕能解决的。
传统的电工纸、油浸绝缘,咱们国内是成熟。
可要满足风洞瞬时峰值功率那种苛刻条件,起码得是聚酰亚胺复合材料,或者特氟龙薄膜那种等级。
这些技术,都被国外垄断得死死的。”
另一个高材生技术员张工补充道:
“而且高压直流输电,对绝缘材料的介电性能、耐热稳定性、抗电晕、抗老化能力,要求特别高。
高压交流还有个击穿电压可以参考,直流的那个击穿机理更复杂,材料内部缺陷一点点都不能有。”
陆先进听着,心里也清楚。这些技术员说的都是事实。
“韩总提出了一个方向,复合材料和表面改性。
他说我们不能只盯着单一材料的性能,要把几种材料的优势结合起来,通过微观结构优化,实现整体性能的突破。
通过表面处理,改善材料界面的电场分布,提升耐压能力。”
他把韩栋的话复述了一遍,自己也跟着思考起来。
复合材料,不是简单的堆砌。
比如聚合物基复合材料,把聚合物作为基体,再加入各种增强相。
像1938年诞生的玻璃纤维,以及1950年实现工业化的碳纤维这类的材料。
难点在于,增强相和基体之间的界面结合,以及如何控制复合材料内部的微观结构。
陆先进想起来去年国外期刊上新研究的纳米级陶瓷颗粒技术。
虽然还没有被完全验证应用,但在韩栋的支持下,启航的材料研究所也开设了相关应用的研究。
“小李,你之前研究的那个纳米陶瓷颗粒填充聚合物绝缘材料,有没有新的进展?”
陆先进看向坐在角落的一个年轻工程师。
来自燕京化工大学的小李被点名,立马坐直了身子。
“陆总工,我们尝试过在环氧树脂里添加氮化硅纳米颗粒,理论上可以提高局部电场均匀性,抑制空间电荷积累。
但是制备过程中,纳米颗粒的团聚问题一直没解决好,导致材料内部缺陷多,实际击穿电压反倒下降了。”
“团聚问题……那就是分散均匀性不够。”陆先进点点头。
“韩总说,算力支持已经优先调配给我们材料所。
SGI集群的算力,全部用来做材料仿真,我们可以把所有能找到的绝缘材料数据都吃透,分析其失效机理。
然后通过计算模型,设计新的分子结构,验证其性能。”
这个消息让实验室的人都兴奋起来。
SGI集群的强大算力,对于他们这些搞材料研究的人来说,无异于开辟了一条新路。
以前很多只能靠经验摸索、反复试错的实验,现在可以通过计算机模拟,大大缩短研发周期。
“既然韩总把这个重担压在我们肩上,我们就得把它扛起来!”陆先进拍板。
“从今天开始,所有跟变电站绝缘材料无关的项目,全部暂停。
所有精干力量,集中攻关高压直流绝缘材料。”
……
接下来的几周,启航材料研究所的灯火彻夜通明。
陆先进带领团队,一头扎进永无止境的钻研中。
他们利用SGI集群,模拟各种聚合物的分子结构,计算不同纳米颗粒在聚合物基体中的分散状态,以及电场分布对材料介电性能的影响。
在王雷和李响团队的辅助下,计算机屏幕上,各种分子模型不断变幻,电场线密密麻麻地分布在材料内部。
他们尝试了无数种复合方案,从填充物的种类、尺寸、形状,到聚合物基体的改性,再到两者的界面处理。
“陆总工,如果在聚酰亚胺中引入少量亲水性基团,并与经过表面活化处理的纳米氧化铝颗粒复合,可以显著改善纳米颗粒的分散性!”小李激动地向陆先进汇报。
陆先进立刻来了精神。
“具体数据怎么样?介电常数、介电损耗,还有热稳定性。”
“仿真结果显示,复合材料的介电常数稳定在3.2左右,介电损耗因子低于0.005。
最关键的是,它的热稳定性提升了20%,长期工作温度可以达到250摄氏度!”
这个数据让他们看到了希望。
这比国内现有绝缘材料的性能提升了一大截,甚至达到了国际先进水平。
“好!立刻安排小规模试制!”陆先进果断下令。
试制阶段,他们也遇到了很多实际问题。
比如,纳米氧化铝颗粒在聚酰亚胺溶液中的均匀分散,依然是个挑战。
传统的机械搅拌效率不高,容易造成团聚。
韩栋在一次视察材料所时,看到了他们的进展,也听到了遇到的难题。
“有没有尝试过超声波分散技术?”韩栋平静地问。
“高频超声波的空化效应,可以有效打破团聚,促进纳米颗粒在溶液中的均匀分散。
同时结合电泳沉积技术,或许能实现更均匀的薄膜制备。”
陆先进一拍脑袋。
超声波分散技术,他们当然知道,也尝试过。
但电泳沉积结合超声波,这个组合,他们还没有系统地去研究。
“韩总,这个思路好!我们立刻去验证!”陆先进的眼睛亮了。
韩栋说的,是利用电场力让纳米颗粒在溶液中定向移动,然后沉积到基材表面,形成均匀薄膜。
而超声波则可以在沉积过程中持续分散颗粒,避免二次团聚。
这是一种从微观层面控制材料结构的技术。
在韩栋的启发下,团队再次投入了紧张的实验。
韩栋为陆先进团队找来一台大功率超声波发生器,改装了电泳沉积装置。
实验室里,电泳槽中的聚酰亚胺溶液在超声波以及电场作用下,纳米颗粒缓缓地向电极移动,均匀地沉积在准备好的铜箔上。
数周后,第一批新型复合绝缘薄膜制备成功。
他们立刻进行了一系列严苛的测试。
耐压强度测试中,样品在高电压下承受了数分钟,才最终击穿,其击穿电压比现有国产材料高出40%。
热稳定性测试中,样品在高温环境下长时间工作,性能依然稳定。
他们甚至模拟了高压直流输电特有的空间电荷效应,结果显示,这种复合材料对空间电荷的抑制能力,也远超预期。
陆先进拿着测试报告,手微微颤抖。
这不仅仅是一份数据,这是他们无数个日夜的汗水,是启航工业自主可控迈出的坚实一步。
他立刻拿起电话,打给了韩栋。
“韩总,成功了!
新型复合绝缘材料,耐压强度和热稳定性,远超国内现有水平,完全满足风洞变电站主变压器的要求!”
陆先进的声音带着无法抑制的激动。
韩栋的声音依然平静,但陆先进能感受到他话语中的满意。
“很好,老陆。
下一步,尽快推动小批量生产,同时优化工艺。”韩栋说。
“是!韩总!”陆先进大声回应。
挂断电话,陆先进长长地舒了口气。
一个难题解决了,但陆先进知道,这只是开始。
在自主研发的道路上,永远会有新的挑战在等着他们。
他心里清楚,杨东伟那边,高压开关柜触头材料的攻关,肯定也进行得不轻松。
他拿起桌上的笔,在一张空白的实验记录本上,写下了一行字:
从矿石到绝缘,我们自己造!
关山风神项目工地上,风洞主体在晨光中巍峨挺立,变电站的框架也已经初具规模。
一道光,正在穿透迷雾,照亮华夏工业的前路。
……
启航精密制造中心,重型装备车间。
巨大的“关山龙门”加工中心静静矗立,刀塔上的电主轴正以高速旋转,金刚石刀头划过一个银亮色的金属部件。
这个部件外形复杂,既有微小的凸起,也有深邃的凹槽,表面泛着合金特有的光泽。
高压开关柜的核心断路器触头,此刻正在进行最后的超精加工。
杨东伟紧绷着脸,盯着面前监控屏幕上的实时数据。
触头是高压开关柜最关键的部件之一,需要在毫秒间承受上万安培的电流冲击,同时自身不能熔断,不能产生过大的电弧烧蚀。
这要求材料导电性、耐烧蚀性、耐机械冲击性都得顶尖,对加工精度更是微米级。
韩栋站在杨东伟身旁,双手抱胸。
触头材料经过陆先进团队的改良,在DZ-03G改性合金的基础上,通过掺杂高导电元素,并优化晶格结构,已经具备了远超寻常材料的综合性能。
现在,就看杨东伟的加工团队,能不能把这种性能极致发挥。
“韩总,触头顶部R角已经进入加工区间。”杨东伟报告。