实验室内立刻忙碌起来。
恒温水浴槽被推到通风橱内,注入去离子水,加热到80°c并保持稳定。
两个特氟龙材质的大口容器被放置在水浴中,每个容器内倒入约500毫升40氢氟酸溶液。
“加速腐蚀实验。”叶谈一边操作一边解释,“我们将陶瓷样件和对比用的金属样件,李科长提供了哈氏合金c276的样品,这是目前化工厂能用到的最耐氢氟酸的金属材料,一起浸入酸液中,在80°c下连续浸泡。计划是24小时、48小时、72小时分别取样观察和检测。”
叶谈在浸泡前,用千分尺精确测量了每个样件的关键尺寸,并拍照记录表面状态,每一个数据都被认真记录在实验记录本上。
“尺寸测量是为了计算腐蚀后的尺寸变化,进而推算腐蚀速率。”叶谈似乎察觉到吕辰的注视,解释道,“照片记录是为了观察表面形貌变化,比如有没有出现腐蚀坑、裂纹扩展等。”
样件被小心地用特氟龙镊子夹取,浸入酸液中。
陶瓷的灰白与金属的银灰在透明酸液里清晰可见。
容器被盖上特氟龙盖子,只留一个小通气孔。
“接下来是循环测试。”李科长指向实验室另一侧。
那里已经搭建起一个小型透明循环装置,主体是有机玻璃管道,连接着一个聚四氟乙烯磁力泵,还有一个透明的缓冲罐。整个装置不大,但设计精巧,管路上装有取样阀和压力表。
“这个模拟的是化工厂里常见的循环管路。”李科长介绍,“我们把陶瓷阀芯安装在这个系统中,让含hf的溶液不断循环流过,模拟实际工况。同时我们可以从取样阀定期取液,检测金属离子含量。”
叶谈将一个氮化硅阀芯小心地安装到系统中。
阀芯与管道的连接用了特氟龙垫片,螺栓也是耐腐蚀材料。
装置内注入配置好的含hf循环液后,李科长启动磁力泵。溶液开始缓慢流动,经过阀芯,再返回缓冲罐。
整个过程在透明装置中清晰可见。
“循环流速我们设定得比较低,避免冲刷腐蚀干扰。”李科长看着流量计,“但压力接近实际工况。这个测试跑12小时,每两小时取一次样。”
两个实验都启动后,实验室里暂时安静下来。
但没有人离开,大家都守在实验室里,观察着初始阶段的反应。
头半个小时,浸泡实验的容器里没有任何肉眼可见的变化,循环装置也运行平稳。
“金属样件表面开始有细微气泡了。”谢凯趴在通风橱前,仔细观察。
确实,哈氏合金样件表面开始出现极细小的气泡,缓慢上浮。
而旁边的氮化硅和碳化硅陶瓷样件,表面依然光滑如初,没有任何变化。
“那是金属在酸液中腐蚀产生的氢气。”叶谈记录着现象,“陶瓷这边,暂时没有任何反应迹象。”
赵主任看了看手表:“这才刚开始。真正的考验在长时间浸泡后,看材料会不会发生晶间腐蚀或者应力腐蚀开裂。”
等待实验结果的间隙,众人移步到旁边的会议室。
有机所食堂送来了简单的晚餐,菜肉大馄饨和生煎包,大家就在会议室里边吃边聊。
“赵主任,您觉得即使材料过关,工程应用最大的难点在哪?”汤渺教授问。
赵主任放下筷子,沉吟片刻:“我觉得有三个层次的问题。”
他竖起手指:“第一,材料与制造本身。陶瓷的脆性是天生的,虽然你们的数据显示氮化硅的断裂韧性已经很高,但比起金属还是差得远。在化工厂,设备要承受压力波动、温度冲击、机械振动,脆性材料能不能扛得住?”
“第二,密封与连接。化工厂的设备不是孤立的零件,它要连接到管道上,要有密封,要可拆卸维修。陶瓷和金属怎么连接?热膨胀系数差这么多,温度一变,连接处应力就大了。密封面怎么做?陶瓷硬度高,但密封往往需要一定的塑性变性来保证密封性。”
“第三,复杂构件制造。阀芯、管道这些还算简单。但如果要做反应釜内衬、搅拌桨、分布器这些复杂形状的构件,陶瓷的成型和烧结难度会指数级上升。更别说还要在陶瓷上加工出螺纹、沟槽这些结构。”
赵主任每说一点,汤渺教授和叶谈就点头记录一点。
显然,这些问题他们之前也思考过,但来自一线用户的总结更加犀利。
“赵主任说得非常到位。”李科长接话,“除了这些,从我们化工厂的角度,还有两个系统集成层面的挑战。”
他顿了顿,整理思路:“一是标准缺失。现在国内根本没有化工陶瓷设备的行业标准。设计时按什么安全系数?压力容器规范适不适用?检测验收按什么指标?这些全是空白。”
“二是缺乏应用经验。从设计院的工程师,到我们厂里的设备员,再到一线维修工,谁也没用过陶瓷设备。怎么安装?安装扭矩多大?运行中要注意什么?出现小裂纹还能不能继续用?维护时怎么拆卸又不损坏陶瓷件?这些经验为零。”
会议室里安静下来,只有偶尔的碗筷轻碰声。
宋颜教授慢慢喝了一口馄饨汤,开口说:“所以,我们不能只停留在提供材料样品这个层面。我们需要建立一个从材料研发、到构件制造、到设备设计、到应用验证、再到标准制定的完整链条。”
他看向在座的每个人:“红星研究所可以提供材料研发和核心构件制造能力;有机所有最极端的合成工况,可以做极限验证;试剂总厂有连续化生产工况,可以做长期可靠性验证。”
“还不够。”李科长摇头,“还需要设备设计方面的专业力量。比如赵主任刚才提到的密封和连接问题,这需要专门的机械设计专家。”
“合肥通用机械研究所。”汤渺教授忽然说,“他们在化工设备设计,特别是特种材料应用方面是国内权威。如果我们这个合作要往深里走,应该邀请他们加入。”
“好主意。”赵主任表示赞同,“合通所的老陈我认识,他专门研究非金属材料在化工设备中的应用。我可以联系他。”
一个合作框架的轮廓逐渐清晰起来。
晚饭后,众人再次回到实验室查看实验进展。
浸泡实验已经进行了四个小时。
李科长用特氟龙镊子小心地取出一个金属样件和一个陶瓷样件,用去离子水冲洗干净后,放在白色滤纸上观察。
哈氏合金样件表面已经失去了金属光泽,变得暗淡,有一些细微的蚀坑。
而氮化硅陶瓷样件表面依然光滑,肉眼看不出任何变化。
“千分尺。”叶谈伸出手。
谢凯递过千分尺,叶谈仔细测量了陶瓷样件的几个关键尺寸,与浸泡前的记录对比。
“尺寸变化在测量误差范围内。”叶谈抬起头,眼镜后的眼睛亮了起来,“至少从宏观尺寸上,还没有可测的腐蚀。”
赵主任俯身仔细观察:“表面也没有腐蚀痕迹。不过这还不够,要做金相观察,看看有没有晶间腐蚀的迹象。”
“浸泡满24小时,我们就取样做金相。”叶谈记下。
循环装置那边,已经进行了两次取样。
李科长和小刘正在用原子吸收光谱仪检测样品中的金属离子含量。。”。这些含量非常低,几乎就是背景噪声水平。”
“说明陶瓷阀芯在循环过程中,几乎没有溶解出金属离子。”赵主任分析道,“但还要看趋势,如果接下来几次取样数据稳定,才能下结论。”
实验在继续,但初步结果已经令人振奋。
晚上八点半,赵主任安排车送吕辰等人回招待所休息,他们带着大量行李,又经历长途飞行,需要好好休息。
但汤渺教授坚持要先开个会。
于是在有机所的一间小会议室里,红星研究所一方的五人,汤渺、叶谈、宋颜、吕辰、谢凯,开了一个内部会议。
李科长也被邀请列席,提供应用端的视角。
汤渺教授首先发言,语气带着材料科学家特有的严谨与激动交织的情绪:“今天初步的实验结果,虽然还不能下最终结论,但已经足够让我们看到希望。我们的氮化硅陶瓷在氢氟酸环境中表现出惊人的稳定性。如果后续长时间浸泡和循环测试结果依然乐观,那么这不仅仅是一个材料性能的验证,更是一个全新应用方向的开启。”
他看向宋颜和吕辰:“来上海之前,我主要把陶瓷材料的研究重心放在机械加工、耐磨部件这些传统方向。但你们在这里发现的化工耐腐蚀需求,让我意识到,我们可能握住了一把打开更大市场的钥匙。”
“化工行业的腐蚀问题有多严重,李科长最清楚。”汤渺教授转向李科长,“一套哈氏合金阀门,只能用一两年就要更换,一个阀芯上百元。如果我们的陶瓷阀门能用五年、十年,哪怕单价更高,全生命周期成本也会大幅下降。”
李科长点头:“更关键的是污染问题。金属阀门腐蚀,腐蚀产物直接污染产品。对于高纯试剂生产,这种污染是致命的。如果陶瓷阀门真的不腐蚀,那对产品纯度的提升将是革命性的。”
“所以,我认为应该立即推动成立一个正式的联合攻关组。”汤渺教授说出他的想法,“名字可以叫‘高性能化工陶瓷装备联合攻关组’。红星研究所牵头,负责材料研发和核心构件制造;有机所和试剂总厂作为应用验证单位,提供极端工况和长期可靠性验证。”
他顿了顿:“还要邀请合肥通用机械研究所加入,解决设备设计和工程化问题。如果可能,最好再拉上一家化工设计院,这样从材料到构件到设备到工程设计,整个链条就完整了。”
宋颜教授表示赞同,但补充了一点:“这个联合攻关组应该有一个明确的阶段性目标。比如第一阶段,用一年时间,研制出可用于试剂厂氢氟酸生产线的陶瓷阀门和管道接头原型,并通过至少三个月的现场试用验证。”
“第二阶段,拓展到更复杂的设备,比如反应釜内衬、搅拌器这些。”吕辰接话,“第三阶段,制定化工陶瓷设备的设计规范、制造标准、检测方法和安全使用规程。最终目标是形成一个完整的技术体系,能够在全国化工行业推广。”
谢凯快速记录着这些设想,偶尔抬头提问:“经费和资源怎么解决?这样一个联合攻关,需要不小的投入。”
“可以多源头争取。”汤渺教授显然已经思考过这个问题,“红星研究所可以从材料研发经费里划拨一部分;有机所和试剂总厂可以提供试验场地和工况验证支持;合通所如果能加入,他们可能有设备设计方面的专项经费。”
他看向所有人:“最重要的是,如果这个方向真的像我们预期的那样有价值,我们可以联合向国家科委申请一个重点攻关项目。化工行业的防腐蚀问题,本身就是国家层面的重大需求。”
会议持续到晚上十点。
最终形成了一个初步的行动方案。
首先,汤渺教授连夜起草给北京刘星海教授和李怀德厂长的紧急汇报与建议信,详细说明上海之行的发现、初步实验结果、以及成立联合攻关组的设想。
其次,吕辰、宋颜、谢凯按原计划第二天返回北京,带回样品和完整的技术资料,向刘星海教授当面汇报。
再次,汤渺教授和叶谈在上海多留几天,继续完成浸泡和循环实验,获取完整数据。同时与赵主任、李科长深入探讨后续合作细节。
最后,由赵主任负责联系合肥通用机械研究所,初步沟通合作意向。
会议结束时,夜已深。
有机所院内安静下来,只有几盏路灯在冬夜中散发出昏黄的光。
红星所众人回招待所。
在车上,汤渺教授感叹:“宋教授,你们这次全国调研,真是挖到了宝藏。我原本以为,‘星河计划’的产业链建设主要围绕电子工业。但现在看来,我们无意中发现的这些‘边缘需求’,可能会孵化出完全不亚于集成电路的战略性产业。”
他望向车窗外:“化工陶瓷装备如果做成了,不仅仅是解决几个腐蚀问题那么简单。它意味着中国能在高温、强腐蚀、超洁净这些极端工况下,拥有完全自主的高端装备制造能力。这对化工、制药、核工业……无数关键领域都有战略意义。”
“我明白,汤教授。”宋颜教授郑重地说,“回北京后,我会全力推动这件事。”
回到招待所,给汤渺和叶谈办好入住,汤渺教授就迫不及待,伏案起草那封可能改变中国化工陶瓷产业命运的报告。
窗外的上海已经沉睡,但思想的火花,正在这座城市的不同角落静静燃烧。