高性能特種粉體材料近終成形技術
該項目屬于粉末冶金學科。高性能特種材料具有其他材料不具備的特殊性能,在高技術領域中具有不可取代的關鍵作用。然而,這類材料往往硬度高、脆性大,難以采用傳統技術加工制備,成為許多國防和民用高技術裝備發展的瓶頸。為此,項目基于粉體流變成形原理,研發了難加工材料的近終形制造新技術,廣泛應用于國防和民用高技術領域。主要發明點如下:1. 發明了高性能特種材料的粉末注射成形新工藝,實現了金屬鎢、氮化鋁、含氮不銹鋼等難加工材料制品的近終形制造;發明了專用注射成形機、側抽芯新結構模具等關鍵工藝裝備;創立了基于機器視覺的粉末注射成形產品尺寸和外觀質量在線自動檢測、工業機器人動態抓取和分揀軟硬件系統,首次實現了全自動化生產和高質量穩定性控制,生產效率提高 6 倍以上。2. 首創了適合注射成形的近球形微細特種粉體制備和改性新技術。提出基于酸根離子的化學推進劑理論,創立了可控溶液燃燒合成難熔金屬和氮化物反應體系和工藝,制備出粒徑小于 50nm 的高分散近球形氮化鋁和鎢基粉體。創立了“氣流分級分散-等離子球化”粉體改性技術,制備出滿足精密多孔陰極需要的細粒徑窄分布(5±2μm)球形鎢粉。3. 發明了適合不同材料的粘結劑體系及成形和高效脫脂工藝。提出基于聚合物功能基團的多組元粘結劑設計原理,創立了兩相流協調運動模型,闡明了兩相分離和缺陷產生的不確定性機制,發明了殘碳型、低殘留型和高粘性粘結劑體系,有效解決了坯體兩相分離、變形、增氧、缺陷等控制難題,產品尺寸精度達到±0.2%。4. 發明了多孔脫脂坯強化燒結致密化和組織性能精確調控技術。提出金屬鎢的低溫無壓活化燒結致密化理論和鈍化處理孔隙結構精確調控技術,突破了高致密度鎢的細晶化和多孔鎢的孔隙均勻化技術瓶頸,燒結金屬鎢電極的晶粒尺寸僅 570nm,抗電子轟擊性能提高 2 個數量級,多孔鎢的活性物質填充量提高 20%;綜合利用液相燒結和殘碳“脫氧”原理,解決了氮化鋁高致密化、晶界相控制和晶格凈化等難題,熱導率高達 248W·m-1·K-1。項目授權中國發明專利 60 項、實用新型專利 65 項,申請 PCT 專利 2 項,軟件著作權 6 項,合作出版著作 5 部,發表 SCI 論文 104 篇。項目引領了粉末注射成形行業發展,建成了世界規模最大的粉末注射成形生產線。科技成果評價專家組認為:“創新性強,屬于重要的軍民兩用技術”;“為我國國防先進武器和民用工業領域研制和生產了多種關鍵零件”;“應用成效明顯,整體技術達到國際領先水平”。獲教育部技術發明一等獎 2 項、中國有色金屬工業技術發明一等獎 1項。成果推廣應用于 20 余家企業,建成生產線 47 條。近三年,新增銷售 54.09億元,新增利潤 7.05 億元,多種產品解決了國防裝備建設和研發的“卡脖子”問題,社會經濟效益顯著。
北京科技大學
2021-04-13