发展新质生产力是推动高质量发展的内在要求和重要着力点，而新质生产力的显著特点是创新。
中国建材总院是新中国首批建材科研机构。带着创新的基因，近年来，中国建材总院坚定不移地聚焦“无机非金属材料研究与发展”核心主业，围绕“水泥、玻璃、陶瓷、复合材料、人工晶体、耐火材料、检验测试”七大优势学科，不断推进关键核心技术的突破与基础研究的深化，为发展新质生产力提供了持续动力。今年6月，中国建材总院所属山东工业陶瓷研究设计院有限公司（以下简称山东工陶院）的“面向高端装备的轻质耐高温高效隔热材料关键制备技术及应用项目”荣获2023年度建筑材料科学技术奖技术发明奖一等奖。这一荣誉不仅是对近年来中国建材总院加快培育和发展新质生产力努力的认可，更标志着我国在隔热材料领域取得了重要的技术突破。
山东工陶院空天材料研究中心主任刘瑞祥及其团队是这个故事的主角，他们如一群勇敢的探险家，踏入了一个未知而且充满挑战的领域——高温隔热材料的研发。其主要负责人刘瑞祥，更是从事先进陶瓷基热防护材料的开发工作近20年，将多项产品应用于国防和工业装备领域，在推动行业技术发展的同时，用实际行动深情讲述了一段与隔热材料的故事。
01
隔热挑战 推动产业升级
提到开启这项研究的初衷，刘瑞祥表示，随着高超声速飞行器飞行速度的不断提高，以及在大气中飞行时间的延长，飞行器所面临的气动加热问题日趋严酷，突出问题就是总产热量非常大，导致隔热问题严重。在热防护系统中，防隔热材料主要承担隔热、维持外形、抗损伤等功能，涉及极端环境下材料的多种热响应以及多组元、多尺度结构的高温演化。传统的烧蚀型热防护材料已不能满足服役环境对材料的耐高温、可重复使用、长时间高效隔热等苛刻要求，亟需开展新型高效隔热材料的设计、制备及性能评价工作。研发耐高温、抗热冲击、可重复使用、轻质、高效隔热的新型隔热材料成为尖端武器装备研制必须突破的关键技术，因此，该项目具有重要的国防和战略意义。
与此同时，全球能源危机的加剧让节能减排成为时代课题。传统高能耗工业如化工、电力、钢铁、水泥等，在热工设备尤其是工业窑炉上的能耗巨大，而传统保温隔热材料的低效导致大量热量损失，加剧了能源浪费和环境污染。在“双碳”战略目标的指引下，对传统保温隔热材料进行绿色升级，实现节能减排降耗，成为推动产业技术升级、促进可持续发展的必由之路。
“据了解，工业窑炉等热工设备作为高能耗工业的主要设备，其能耗占据了生产总能耗的40%～70%。由于传统的保温隔热材料隔热效率低，热量通过炉体的损耗占燃料消耗的22%～43%，我国每年仅因炉体热损失造成的消耗就有3000万～4000万吨标煤，亟需对传统保温隔热材料进行升级换代。”
刘端祥表示，面对这一双重挑战，在国家重大国防任务和市场需求牵引下，本项目立足我国航空航天热防护、热工装备节能等行业领域的保温隔热需求，针对新型高效隔热材料的设计、制备和应用评价等瓶颈问题，开展了轻质、耐高温、高效绝热材料的研制；突破了材料体系设计、产品可控制备、应用评价等关键技术，系列化隔热材料产品在航空航天、热工装备领域成功实现工程应用，解决了武器型号的瓶颈问题，填补了国内新型超级绝热材料产品的空白，对推动高技术装备的升级换代，促进新兴产业的发展具有重要意义。
02
逆境破晓 铸就非凡佳绩
任何一项研究都不可能一帆风顺，“面向高端装备的轻质耐高温高效隔热材料关键制备技术及应用项目”同样如此。
在刘瑞祥看来，在隔热瓦研制初期，相关的参考资料比较少，前期技术积累偏弱，而当时的研制时间又比较紧张是印象中最头疼的问题之一。
他介绍，材料体系的选择、微结构设计、材料力热性能协同、多孔基体与致密涂层的热匹配、多孔材料的吸水吸潮等都面临着较大的技术难题。而当时的技术储备不足，导致现有的工艺装备不适用，项目团队边设计改造设备边探索工艺，在几乎是零基础的情况下开始了材料的研制工作。
“接到任务之后，我们并没有急着去做一些探索性的工艺试验，而是在最短时间内组成了攻关团队，明确了项目的研究目标，充分认识到项目的难度和关键的一些环节，并制定了详细的研究方案。”刘瑞祥回忆道，在初步方案的指导下，团队边干边探索，不断地完善方案，白天在实验室开展工艺研究，晚上根据数据和结果讨论优化方案，从多个技术难题逐渐聚焦，找到影响材料性能的核心环节，然后通过多次的迭代试验，掌握了大量的数据，问题越来越清晰，最终找到了解决项目难题的核心所在。
“项目发明了轻质高强防热 / 隔热一体化刚性隔热瓦的成套制备技术，实现了刚性隔热瓦的规模化生产和应用；发明了气凝胶复合刚性隔热瓦的自疏水常压干燥工艺技术，实现了气凝胶复合材料的高效低成本制备；发明了连续陶瓷纤维毡增强增韧气凝胶复合材料的制备技术 ；发展了高温 / 超高温高强气凝胶网络结构调控技术，大幅提升了氧化物气凝胶的耐温性……”
谈到项目最终取得的成绩，刘瑞祥感慨万千。他认为，明确的目标、无限的热爱、坚定的信心，以及可以依靠的团队都是成绩取得的关键，在这样的环境下，材料研发创新工作不断进步，产品种类逐渐丰富，应用领域也越来越多。
03
征途未竟 科研路待深耕
“在科研的浩瀚征途中，我们深知征途未竟，对于耐高温隔热材料的研发更是如此。”
刘瑞祥深知，耐高温隔热材料作为科技创新的重要成果，其在航空航天、工业装备、建筑、新能源及石化等关键领域的广泛应用潜力无可估量。面对这一广阔天地，他明确表示：“我们下一步的目标是在材料保持高性能的同时，进一步实现材料的绿色制造成本，让材料在更多的领域得到应用，为节能降耗、减少碳排放提供新材料支撑。”
为实现这一目标，团队制定了三大核心策略：一是实现材料的低成本制造；二是进一步优化材料的性能，比如降低密度、提高隔热性能和耐温性能；三是进一步研究材料在高温下的隔热机理和失效机理。
耐高温隔热材料的研发，不仅是一场技术的革新，更是对人类生活品质提升的深刻承诺。从酷热到清凉的转变，这一材料的广泛应用正悄然改变着我们的生活环境，正书写着一段段温情而励志的科技创新故事。它不仅仅是技术的革新，更是对人类生活品质的深刻关怀。
展望未来，刘瑞祥充满希望。他表示，随着新型隔热材料的不断升级与广泛应用，一个更加安全、舒适、绿色的世界正在走来。这不仅是科技的力量展现，更是人们对美好生活的向往与追求。“在这条科研之路上，我们将继续深耕细作，不断前行，为人类的可持续发展贡献我们的智慧与力量。”
“我们梦想着让这种材料以更加亲民的价格，走进千家万户，为节能降耗、减少碳排放贡献新材料的力量。我们期待能将这种材料更多地应用在日常生活中，能让冬天的衣服可以更薄，能让住房实现冬暖夏凉，能让人们拥有更多的蓝天白云。”刘瑞祥说。
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