• 先進材料

    時間:2018-07-13作者:文章來源:科技園發展有限公司瀏覽:84

    1、超輕鎂鋰合金

    項目概述

    基于目前許多裝備結構件對于材料的輕量化要求越來越強烈,本單位研制的合金強度能達到300MPa左右,延伸率達10%以上,密度小于1.65g/cm3,并能獲得各種尺寸的擠壓件和軋制件(冷軋薄板能達到小于0.5mm)。

    本項目產業化的目標即是批量制備加工鎂鋰合金錠材、形變型材等原材料以及某些市場前景較好的零部件生產。所需投資500萬左右。

    本單位對鎂鋰合金熔鑄與變形加工進行了技術攻關,掌握了獲得高性能鎂鋰合金的關鍵技術,目前所制備合金的力學性能達到國際水平且在某此指標上超過了國外水平。所涉及的合金的制備與加工路線為:熔鑄、熱處理、擠壓變形、軋制變形、沖壓加工、表面處理。

    根據比強度、比價格相等原則,確定鎂鋰合金材料價格為22萬元/噸。而且如果能開發一些高附加值鎂鋰合金零部件產品的生產,并使之得到推廣,那么鎂鋰合金零部件的價格將遠高于板材、棒材的價格,每年的利潤空間將在此基礎上進一步得到擴大。目前本項目處于中試階段,能獲得性能穩定的鑄件、擠壓件和軋制件,且這些材料尺寸穩定性好。

    2、碳納米管強韌化MoSi2結構材料的制備及實現機制

    項目概述

    近年來,隨著航空航天技術的發展,對在高溫環境下使用的關鍵材料部件的性能提出了愈來愈高的要求,要求材料既能在高溫下安全可靠地工作,又具有較低的結構自重,從而盡可能地提高推重比。在高達1600℃的溫度下使用的新型材料必須滿足強度高、抗蠕變、斷裂韌性好、抗氧化和組織性能穩定等方面的要求。目前無論是硅基陶瓷、C/C 復合材料、還是鋁的金屬間化合物,在12001600℃高溫條件下使用,均未能達到與鎳基超合金抗衡的階段。開發綜合性能優異的新型高溫結構材料已成為亟待解決的現實問題。在這方面,難熔金屬硅化物,特別是二硅化鉬(MoSi2)為開發研究注入了新的活力。

    本項目采用納米碳管增強MoSi2金屬間化合物,通過將高純的納米碳管均勻分散到亞微米級Mo、Si粉末基體中,利用先進的熱壓燒結制備出納米碳管增強MoSi2基復合材料,重點研究納米碳管增強MoSi2復合材料的熱壓燒結工藝對材料微觀結構的控制機理、納米碳管對MoSi2基體的強韌化機理。

    主要技術性能指標  

    (1)MoSi2晶粒尺寸:亞微米級

    (2)納米碳管/MoSi2復合材料的孔隙率:d<8%;

    (3)納米碳管/MoSi2復合材料的抗彎強度:σb>400MPa;

    (4)納米碳管/MoSi2復合材料的斷裂韌性:KIC>3.5MPa?m1/2;

    (5)納米碳管/MoSi2復合材料的維氏硬度:HV>12GPa。

    本項目的研究將為促進MoSi2基復合材料在航天航空發動機、高超音速飛行器關鍵部件的應用提供科學的指導依據和先期技術支撐。本研究不僅具有廣闊的應用價值,而且有重要的理論研究意義,將會對目前熱防護材料和高溫結構材料產生巨大的帶動與幅射作用。現已制備出MoSi2晶粒尺寸在亞微米級,并且綜合性能優異穩定的單壁納米碳管增強MoSi2基復合材料。

    3、碳陶瓷復合密封材料

    項目概述 

    石墨材料具有良好的耐高溫、低溫、導電、導熱及自潤滑性能,具有較高機械強度及較小的熱膨脹系數,抗熱沖擊性能優良,化學穩定性好,對大多數酸、堿、鹽溶液不起化學反應或反應很弱,且石墨材料易于機械加工,所以廣泛應用于航天航空、機械、電子、電工、半導體、冶金、化工、生物工程等領域,已成為一種不可缺少的特殊工程材料。普通碳-石墨材料,一方面強度低,開孔率大,用于流體密封承受壓力低,密封性差;另一方面,石墨材料的抗氧化能力差,在一定程度上限制了石墨材料應用領域的擴大。因此,克服石墨材料的弱點,滿足石墨材料在高新技術上的要求,是碳石墨制品制造業急需研究解決的重要課題。

    成果通過鑒定,獲黑龍江省科技進步獎勵2項。

    碳陶瓷復合材料材料性能

    抗壓強度(MPa

    抗折強度(MPa

    肖氏硬度(HS

    體積密度(g/cm3

    電阻率(μΩ.m)

    氣孔率(%

    220~300

    45~65

    70~80

    1.80~2.00

    40~50

    1~3

    4、輕質高強浮力材料

    項目概述

    浮深水浮材具有抗壓強度高、密度低、浮重比大、吸水率低、耐腐蝕、抗沖擊、絕緣、隔熱、阻燃、隔音等諸多優良品質和良好的機加工性能,受到人們廣泛關注和重視。在海洋科考、海洋石油開發、漁業、航空等方面的應用非常廣泛。尤其伴隨深水油氣田開采,促使了對深水浮材的研究與應用發展。

    1500m深海浮力材料的主要技術指標:

    體積密度:0.40~0.52 (g/cm3)

    抗壓強度:15 (MPa)

    破壞強度:23 (MPa)

    可潛深度:1500~2000 (m)

      率:3 %1500m水深24h

    使用溫度:-20~80()

    已申請的發明專利(通過公開審查):深水耐壓浮力材料CN200710144488.5;空心陶瓷球及其制備方法CN200710144489.X;深水耐壓浮力裝置CN200710144490.2。

    5、玄武巖纖維復合筋增強混凝土復合材料

    項目概述

    本項目采用具有低密度、高強度、良好抗腐蝕性能等綜合性能優異的玄武巖纖維復合筋替代傳統的鋼筋,并將其應用于混凝土結構中,制備出性能優異的玄武巖纖維復合筋混凝土,解決混凝土結構的耐腐蝕問題,提高其使用壽命,并且可以有效減輕結構自重,簡化施工工藝,從而解決潮濕地區和酸堿環境惡劣的地區橋梁、路面鋼筋混凝土結構存在的使用壽命、耐腐蝕問題,經濟效益顯著。

    玄武巖復合筋材的力學性能 

    規格

    公稱直徑

    公稱橫截面積

    極限抗拉強度

    保證

    抗拉強度

    彈性

    模量

    斷裂伸長率(最小值)

    外徑

    內徑

    ?

    mm

    mm

    mm2

    Mpa

    Mpa

    Gpa

    %

    #8

    8

    7.7

    50.27

    1200

    1100

    50

    2.5

    #10

    10

    9.6

    78.54

    1100

    1050

    50

    2.5

    #12

    12

    11.5

    113.1

    1000

    960

    50

    2.5

    #16

    16

    15.4

    201.1

    960

    900

    50

    2.5

    #19

    19

    18.5

    295.50

    900

    860

    50

    2.5

    #22

    22

    21.6

    382.73

    850

    800

    50

    2.5

    #25

    25

    24.5

    537.90

    800

    760

    50

    2.5

    #29

    29

    28.4

    645.90

    740

    700

    50

    2.5

    #32

    32

    31.6

    807.34

    700

    660

    50

    2.5

    6、低溫前驅體裂解法合成碳化硼粉體

    項目概述

    碳化硼具有超常硬度,高熔點、高彈性模量、低膨脹系數,恒定的高溫強度,密度小,中子吸收能力強,化學性能良好等優點,已經引起了人們的極大興趣。歐洲人在碳化硼方面處于技術領先地位,在應用上,其潛在的經濟價值已引起世界同行們的關注。近年來,美國、日本、韓國等先進國家在這方面做了大量研究工作,進展迅速。而目前,我國在這方面的工作做得很少,所以發展前景廣闊。

    在工業上碳化硼的制備方法主要是硼酐碳熱還原法和鎂熱還原法,這些方法都需要較高的溫度(一般高于2000),能耗大、生產能力較低。為了降低能耗,節約能源,目前人們正在探尋低成本并且能在低溫條件下合成碳化硼的工藝。本項目研究了一種能在低溫下合成碳化硼的方法,采用聚合物前驅體裂解法制備碳化硼。

    7、二硅化鉬基高溫結構復合材料

    項目概述

    哈爾濱工程大學結構功能一體化材料研究所在高性能結構及熱防護材料的研制方面,具有多年的開發經驗和雄厚的研發實力。難熔金屬間化合物二硅化鉬(MoSi2)由于具有很高的熔點(2030)、極好的抗氧化性和適中的比重,特別是它具有可貴的R特性,即在溫度升高時其強度并不下降,并以其誘人的高溫物理化學性能,引起了國際材料界極大的興趣。開展了大量的研究工作,目前在低溫增韌和高溫補強方面取得了一些創新性成果,但是在高溫環境下(1200℃~1600)所表現出來的綜合性能往往不能兼顧,顧此失彼。如果發揮出MoSi2材料的潛在優勢,它將在1200~1600℃的高溫環境下表現出優異的綜合性能,是一類極有希望代替鎳基超合金的新型結構材料。

    項目成熟情況技術成熟,中試階段。

    應用范圍研制的二硅化鉬基高溫結構材料可用于航空航天、于民用氣輪機、汽車、船舶、發電機等領域高溫環境中。

    8、生物醫學材料

    項目概述

    (一)新型生物醫用金屬材料及其骨科植入物

    金屬材料具有其他材料不能比擬的高機械強度和優良的疲勞性能,仍是臨床上應用最廣泛的承力植入材料。新型醫用合金在設計時應該考慮的問題包括:(1)首先要求合金中的組成元素無毒性和無致敏性;(2)要求合金具有高強度、高韌性、低模量和優良的冷熱成形性。我們開發了TiNb、TiNbSn、TiNbZr、TiMoSn、TiMoZrSn等多種生物醫用金屬材料,它們可以廣泛用于制造新型骨科植入器械、口腔器械、手術器械等。

    (二)新型生物醫用高分子材料

    我們研制出可生物降解PLLA及其與PCL共聚物,系統分析了該材料的形狀記憶特性及其影響因素,探討了形狀記憶特性與微觀結構之間的內在關系和本質,同時對其降解行為進行了評價,為開發在力學性能、降解性能及形狀記憶特性等方面綜合性能更適宜于生物醫學應用的可生物降解形狀記憶聚合物奠定理論基礎。

    我們通過乳液凝膠法制備了殼聚糖/海藻酸鈉微膠囊,微膠囊的表面呈多孔褶皺結構。殼聚糖/海藻酸鈉微膠囊在堿性條件下有很好的膨脹性,好的膨脹性使囊壁的孔變大,因此微膠囊在pH為7.4的緩沖液中有更好的釋放性能,在12小時內釋放量達到83%以上。此外,殼聚糖/海藻酸鈉微膠囊有很好的順磁性,在磁鐵的作用下能夠沿著磁場的方向做定向運動。

    (三)納米生物醫學材料

    我們采用共沉淀法、部分還原沉淀法和水浴共沉淀法三種工藝制備了Fe3O4磁性納米顆粒,最終控制顆粒尺寸小于10nm,其磁學特性呈現超順磁性,符合生物醫用需要。隨后通過直接摻雜和利用乙醇作分散劑兩種工藝合成Fe3O4納米顆粒/聚氨酯復合薄膜,同時對其各項性能進行表征,證明了此種薄膜適于應用為血管支架的涂層。

    (四)介入醫學材料與器械

    血管支架用于有效治療冠心病等心腦血管疾病,在患處重新支撐起狹窄甚至阻塞的冠狀動脈血管,以保證血液的流動通暢。作為支架的材料主要有不銹鋼、TiNi合金、鉭合金、CoCr合金以及多聚物等。最基本的血管支架產品被稱為裸支架,是單一材料加工而成。藥物涂層支架就是將抗血管重塑和抗增殖作用的藥物通過高分子材料涂覆于金屬支架表面,通過藥物局部釋放的方法防止再狹窄的發生。我們目前可以提供血管支架的花樣設計及其應力的有限元分析、血管支架的激光切割與后續電化學拋光處理、藥物控制釋放涂層支架的制造、表面功能化支架(提高X射線下可視性、具有放射活性)的制造等科研服務,可協助企業申報血管支架類產品的生產許可、產品的動物實驗、臨床試驗及醫療器械產品的報批、注冊。

    先天性心臟間隔補片是目前治療先天性心房、心室間隔缺損的最先進的介入醫學器械。我們針對國人心房、心室間隔缺損部位的幾何特點,設計出合適的補片三維結構和幾何特征,完成了網狀結構的編織處理、端部激光焊接、表面生物膜的成膜方案和涂覆工藝、與輸送裝置之間的微連接等技術,目前正在尋求合作伙伴推廣使用。

    9、手性體分離材料

    項目概述

    手性體分離材料作為分離醫藥中間體等光學活性分子的功能性高分子材料,近年來得到了國內外科研人員的廣泛關注,也得到了迅猛的發展。我國在手性體分離技術方面的研究起步較晚,與發達國家相比還有較大差距。本項目以纖維素為原料,在纖維素分子鏈上通過化學改性導入具有一定特殊結構的官能團,利用纖維素及所導入官能團的立體結構和光學活性,分離具有特殊功能的藥物中間體材料。如:氯胺酮,它具有兩種分子式相同旋光性卻相反的光學異構體,其左旋體是一種很好的麻醉藥,而它的右旋體則是一種幻覺劑。兩種光學活性異構體在液相色譜柱中,因其旋光性的差異,導致兩種物質的流速差異,左旋體率先流出,右旋體滯后,從而達到分離左、右旋體的目的。

    通過手性體分離材料的應用,可分離出高效、無副作用的醫藥中間體;該分離材料可再生、循環使用。該成果通過日本大賽璐公司推廣,已在日本武田制藥公司實現產業化,屬國際先進水平。

    10、吸聲材料

    項目概述

    耐壓吸聲材料拉伸強度為12.35MPa,耗能模量4.6×109Pa,損耗因子0.6,聲衰減常數2.6,在4.5MPa壓力時可保持上述性能;國內同種材料聲衰減常數2.0,5-6MPa,耗能模量4.6×108Pa,損耗因子0.6,在3.0MPa壓力下上述性能急劇降低。

    此耐壓吸聲材料用于振動噪聲和空氣噪聲的處理,材料耐水性和耐壓性優良,在高壓下仍具有優異的吸聲能力。目前研制的吸聲材料,產品質量優良,實驗流程工藝等均可行,可進行批量規模生產。

    項目成熟情況技術成熟,已進行了中試生產。

    應用范圍用于振動噪聲和空氣噪聲的處理。

    11、直接炭燃料電池陽極

    項目概述

    直接炭燃料電池(DCFC)技術為煤的潔凈高效利用提供了一種新途徑。與傳統的燃煤發電和煤氣化聯合循環(IGCC)發電不同,DCFC是通過炭在陽極的直接電氧化和氧氣在陰極的電還原來實現發電。在這種煤到電的轉換過程中,無燃燒,無熱機,無需對煤重整氣化,因此DCFC具有高效和環保的突出優點。DCFC的理論效率達100%, 實際電效率可達80%。和燃煤發電相比,用DCFC發電可將CO2的排放量減少50%,廢氣排放總量減少到十分之一,且幾乎無粉塵排放。作為DCFC燃料的固體炭資源豐富,可由煤、生物質和有機垃圾等經熱解或氫解獲得,副產的氫氣等可用于氫氧燃料電池,從而可實現最大限度地潔凈高效的利用這些豐富的燃料。本項目針對DCFC陽極這一關鍵技術開展研究。針對炭粉在熔融碳酸鹽中潤濕性差問題提出了預潤濕技術,針對炭粉電氧化活性低的問題提出了酸堿處理脫灰造孔技術。

    通過本項目的研究,確定適合于DCFC陽極的炭燃料的規格參數(來源、粒度、物性及組成)、控制炭完全氧化的反應條件(溫度、極化電勢等),并組裝DCF測試樣機。

    12、鱗片阻擋型環氧重防腐涂料

    項目概述

    鱗片阻擋型涂料在所形成的保護涂層中,由于鱗片形成的有效迷宮效應,可以阻止外部水、氣對涂料所要保護對象的侵蝕,降低腐蝕速度。國內應用鱗片阻擋型涂料的研究主要集中在玻璃鱗片涂料方向,目前國內玻璃鱗片的價格達到8000多元/噸,超薄的玻璃鱗片價格更高,甚至達到60000元/噸,而本項目所采用鱗片的價格僅僅是普通玻璃鱗片的1/3,因而可以大幅降低涂料成本。同時在鱗片制備過程中,預先在鱗片表面形成具有化學活性的活性中心,使得活性鱗片填料與環氧樹脂之間形成化學鍵合,并使活性鱗片填料在涂層中形成幾十~一百多層的層狀排列結構,增加迷宮效應,進一步提高涂層的抗滲透性以及涂層的阻擋性能。

     

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