第51章 懷民，你的思路，確實妙！
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。
省機械所那台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「Москва 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。
趙棟來帶著所里兩個最好的老師傅，花了整整一個星期，把機器里里外外清洗、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，擱倉庫里吃灰小十年了。」趙棟來拍了拍機器厚重的外殼，語氣里透著感慨，「沒想到還有重新上陣的一天。」
五月的第一個周末，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矽鋁複合材料。
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。
車間裡擠滿了人。
除了趙棟來和陸懷民，還有所里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。
所有人的眼睛都盯著控制台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。試件還泛著暗紅色的光，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。
顯微鏡視野里，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，分界線附近散布著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。」趙棟來直起身，揉了揉發酸的眼睛，「失敗了。」
車間裡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。」
年輕技術員小王撓著頭：「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，咱們接著來。」
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目到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，是結合面上布滿孔洞、裂紋，甚至整層脫落。
第十二次試驗後，試件從模具里取出來時，C-7層直接掉了下來，像一塊沒粘牢的補丁。
「他娘的！」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，抓著自己的頭髮：
「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？」
車間裡一片死寂。
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，悶頭抽著煙，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。
李雪梅咬著嘴唇，翻看著厚厚一摞實驗記錄，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。
就像在黑暗的隧道里走了太久，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。
他走到趙棟來身邊，輕聲說：「趙工，今天要不先到這裡？大家也累了。」
趙棟來轉過身，眼睛裡布滿血絲，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，離一百次還遠著呢！」
「可是趙工，」小張嘟囔道，「這得試到啥時候去？所里其他項目還等著人呢……」
「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。
車間裡響起了低聲的議論。
趙棟來的臉色沉了下來。
陸懷民看著趙棟來工程師繃緊的側臉，又看看那堆失敗的試件，心裡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。」
趙棟來轉過頭，沉默了幾秒，終於點了點頭：
「好。懷民，你拿回去研究研究。咱們……下周再碰。」
暮色中，陸懷民騎車載著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。
他匆匆吃過晚飯，便徑直去了第三實驗樓。
實驗室里靜悄悄的，只有周偉在為一個項目做計算。
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。」陸懷民把背包放在工作檯上，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。」陸懷民翻開著實驗記錄，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。
從抽屜里取出計算尺，又從帆布包里拿出厚厚一沓草稿紙。
沒有高性能計算機，沒有分析軟體，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\/cm3，熔點約640℃，熱膨脹係數24×10??\/K。
C-7矽鋁複合材料，鋁基體中彌散分布著20%的矽顆粒，密度2.65g\/cm3，矽的熔點高達1414℃，複合材料的熱膨脹係數會明顯降低，估計在18×10??\/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-7一側則布滿細小的凹坑；而在界面處，那些孔洞的分布並不均勻，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。
他盯著那個升溫曲線，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，他靠著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Al?O?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布。
陸懷民的眼睛亮了起來。
他回到工作檯，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布？
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著。
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，吃了一驚，「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才想到的。」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匯報一下！你這方案，我看很有希望！」
作者「大咚咚咚咚東」推薦閱讀《1977：從恢復高考到大國工匠》使用「人人書庫」APP，下載安裝。
省機械所那台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「Москва 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。
趙棟來帶著所里兩個最好的老師傅，花了整整一個星期，把機器里里外外清洗、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，擱倉庫里吃灰小十年了。」趙棟來拍了拍機器厚重的外殼，語氣里透著感慨，「沒想到還有重新上陣的一天。」
五月的第一個周末，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矽鋁複合材料。
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。
車間裡擠滿了人。
除了趙棟來和陸懷民，還有所里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。
所有人的眼睛都盯著控制台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。試件還泛著暗紅色的光，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。
顯微鏡視野里，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，分界線附近散布著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。」趙棟來直起身，揉了揉發酸的眼睛，「失敗了。」
車間裡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。」
年輕技術員小王撓著頭：「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，咱們接著來。」
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目到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，是結合面上布滿孔洞、裂紋，甚至整層脫落。
第十二次試驗後，試件從模具里取出來時，C-7層直接掉了下來，像一塊沒粘牢的補丁。
「他娘的！」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，抓著自己的頭髮：
「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？」
車間裡一片死寂。
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，悶頭抽著煙，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。
李雪梅咬著嘴唇，翻看著厚厚一摞實驗記錄，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。
就像在黑暗的隧道里走了太久，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。
他走到趙棟來身邊，輕聲說：「趙工，今天要不先到這裡？大家也累了。」
趙棟來轉過身，眼睛裡布滿血絲，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，離一百次還遠著呢！」
「可是趙工，」小張嘟囔道，「這得試到啥時候去？所里其他項目還等著人呢……」
「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。
車間裡響起了低聲的議論。
趙棟來的臉色沉了下來。
陸懷民看著趙棟來工程師繃緊的側臉，又看看那堆失敗的試件，心裡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。」
趙棟來轉過頭，沉默了幾秒，終於點了點頭：
「好。懷民，你拿回去研究研究。咱們……下周再碰。」
暮色中，陸懷民騎車載著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。
他匆匆吃過晚飯，便徑直去了第三實驗樓。
實驗室里靜悄悄的，只有周偉在為一個項目做計算。
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。」陸懷民把背包放在工作檯上，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。」陸懷民翻開著實驗記錄，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。
從抽屜里取出計算尺，又從帆布包里拿出厚厚一沓草稿紙。
沒有高性能計算機，沒有分析軟體，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\/cm3，熔點約640℃，熱膨脹係數24×10??\/K。
C-7矽鋁複合材料，鋁基體中彌散分布著20%的矽顆粒，密度2.65g\/cm3，矽的熔點高達1414℃，複合材料的熱膨脹係數會明顯降低，估計在18×10??\/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-7一側則布滿細小的凹坑；而在界面處，那些孔洞的分布並不均勻，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。
他盯著那個升溫曲線，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，他靠著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Al?O?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布。
陸懷民的眼睛亮了起來。
他回到工作檯，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布？
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著。
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，吃了一驚，「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才想到的。」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匯報一下！你這方案，我看很有希望！」
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