材料突破引領高鐵發展——淺談高鐵上應用的材料

就在剛才，中新網釋出了一條名為中國高鐵的三張“世界名片”的紀錄短片，三張名片的名稱分別為“逆襲”，“幸福感”，“分享”。作為一個經常將高鐵作為自己出行工具的材料工程師，我不但為祖國高速鐵路的發展感到無比的自豪，更為高速鐵路上材料的進展而感到興奮異常。懷著激動的心情，我寫下這篇文章和大家分享一下高鐵上都運用了哪些先進材料，並從材料四面體的角度簡要分析。

一、高鐵的道床

以前我們經常見到用鐵路鋪在木頭做的枕木上，填滿了各種各樣的碎石。而在我國的高鐵鐵軌主要是用鋼筋混凝土以及鋼軌成型的無砟鐵路。鋼筋混凝土的優勢在“

混凝土，智者所見略“砼”——《迷人的材料》第三章導讀

”一文中有所提到。相比於有砟鐵路，無砟鐵路的道床板在後方工廠提前預製好，大幅減少了施工週期。而鋼筋混凝土的存在不僅僅有較好的拉伸強度，又有良好的抗彎強度，可以保證列車行使時的平順性和穩定性。

某條線路的道床

二、無縫鋼軌技術

很小的時候，小Q特別喜歡在老家火車站看火車，特別沉醉於火車經過時“咯噔咯噔”的響聲，後來才知道那是車輪與鋼軌的間隙碰撞發出的聲音。當我們坐高鐵時，卻沒有聽到響動，這是為什麼呢？答案是高鐵的鋼軌採用了

無縫鋼軌技術。

根據小Q的瞭解，這些材料用的都是奧氏體不鏽鋼，

我們都知道材料在溫度變化下，會發生熱脹冷縮的現象。

有人會擔心，無縫鋼軌會不會在溫度變化下形變而發生扭曲或者斷裂的現象，其實這種擔心是多餘的。當溫度升高時，高鐵的道床採用了

整體道床技術

，

增大了對鋼軌的約束力，抵消了鋼軌受熱膨脹的形變數；

當溫度降低時，由於我們採用了

閃光焊

的焊接技術

，

大大提高了焊接處的強度，

避免了溫度降低引起的材料收縮現象。

綜合這兩點，我們就不會在高鐵上聽到車輪與縫隙的撞擊聲了。

無縫鋼軌

三、碳材料在高鐵上的運用

大家一定看見了高鐵車廂上那

根彎彎

的受電弓吧，目前大家乘坐的高鐵時速都可以達到300km/h以上。那麼大家一定會感到疑惑，受電弓在如此高速的條件下，難道不會引起摩擦生熱而燒燬嗎？這個也不用擔心，因為我們的工程師們在受電弓與接觸網之間做了很多最佳化設計，

這裡僅從材料的角度進行講述

。

受電弓和接觸網之間往往會鋪設一層碳帶，據小Q所知，

碳帶的材料主要是石墨，

石墨是碳的一種同素異形體，由於石墨晶格中的

大

鍵

存在，使得石墨本身具有良好的

導電性和導熱性

；

石墨的晶格結構中，層與層之間結合力較弱，受到剪下作用時，很容易產生滑移現象，因此石墨具有良好的

潤滑性。

這一層碳帶的存在，在一定程度上便可減少高鐵執行時受電弓與接觸網摩擦產生的熱量。

和諧號受電弓結構圖

四、複合材料在高鐵的運用

大家見過時速250km/h上的貨運火車麼？我想很少見吧，因為貨運火車的重量太大了，那麼要實現高鐵300km/h以上的速度，就必須要採用高分子複合材料減輕火車的重量，在小Q以前的一篇文章“

帶你認識複合材料與工程專業

”就提到過。複合材料本身具有密度小，比強度高，抗疲勞性好的優勢。如今，我們高鐵上的座椅、窗框、地板上採用的材料都是複合材料，在一起定程度上起到了減重的效果。而在日本以及歐洲的一些國家，他們甚至將碳纖維增強複合材料用在車廂車體、轉向架上面，但是這樣做的成本似乎有點太高了。

複合材料在高鐵上的應用構想

從以前的蒸汽火車，再到如今的高鐵時代，技術的革新離不開材料的發展。上述的材料只是高鐵上的冰山一角。作為一個材料人，我衷心希望祖國能在材料領域，無論是材料的製造還是材料工藝，都能有更大的進步。正如現在最先進的高速動車組“復興號”所言，願高鐵帶領我國早日完成民族復興的使命！