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中新社北京8月20日电 (记者 孙自法)在金属材料领域，如何使相分离合金凝固形成高性能原位复合材料，长期以来备受学术界和产业界关注。
记者从中国科学院金属研究所获悉，该所赵九洲研究员项目团队持续通过建立理论模型、地面实验研究和在中国空间站开展实验验证的天地协同研究，最新取得一系列重要进展，主要包括揭示了相分离合金凝固过程和重力/微重力的影响、发展了相分离合金的凝固理论、提出相分离合金凝固组织调控方法等。
赵九洲研究员介绍说，很多合金在凝固过程中首先自熔体析出第二相液滴或颗粒，发生液—液分相或液—固分相，这类合金可统称为相分离合金。如能有效控制此分相过程，使熔体中析出的液滴/粒子最终以细小颗粒的形式均匀弥散分布于凝固组织中，则可制备高性能原位粒子复合材料，满足大型机械、核电、船舶、输电、电子等一些领域对特种材料的需求，例如，核电密封瓦、高压电触头材料、贵金属靶材等。
不过，相分离合金在地面重力条件下凝固时极易形成第二相粗大乃至偏析严重的组织，其研制与应用受到严重制约。而空间环境能够提供长时间稳定的微重力条件，能有效消除地面重力导致的熔体对流和析出相的沉积与浮动现象，为相分离合金凝固理论研究提供了优越的条件。
他指出，近年来，在中国载人空间站工程等项目支持下，项目团队围绕相分离合金凝固与原位复合材料形成机理开展长期深入系统的地基预研，建立相分离合金凝固过程模型，探索用电场、磁场和微合金化调控合金凝固过程，促进原位复合凝固组织形成的可行性。
基于大量的地基研究，项目团队进一步优化设计合金成分和凝固工艺，在天宫二号空间实验室和中国空间站神舟十三号、十五号、十六号载人航天飞行任务期间，相继在轨开展了相分离合金的凝固实验，成功获得原位粒子均匀分布的复合材料样品和具有壳—核结构的球形样品。通过天地协同研究，既揭示相分离合金凝固过程和重力/微重力的影响，也发展相分离合金的凝固理论，还提出相分离合金凝固组织调控方法，从而为制备高性能原位粒子复合材料奠定坚实基础。
2004年地基预研以来，项目团队就相关研究成果，已在《国家科学评论》《材料学报》等学术期刊上发表论文200余篇，获授权发明专利40余项，并出版学术专著《金属基复合材料原位形成理论基础》。中外学者评价称，该团队利用航天飞行器开展二元和三元相分离合金凝固行为方面的开拓性研究，有助于澄清相分离合金凝固组织演变的动力学细节。
赵九洲表示，在相分离合金天地协同研究过程中，项目团队高度重视理论研究成果在工业生产中应用，以相关理论为指导，研发出多种关键材料的制备技术，在核电、电子通讯、装备制造等领域获得广泛应用。(完)
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