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傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金工模具材料耐磨性和強(qiáng)韌性難以兼得，而其中的鎢、鈷元素屬于稀有貴重元素。本項(xiàng)目所采用的Ti(C,N)基金屬陶瓷不但具有較高的硬度、耐磨性、紅硬性、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和高溫抗氧化性、與金屬間極低的摩擦系數(shù)、無磁性、而且還具有較高的強(qiáng)韌性，不含稀有貴重元素，其制造成本僅為硬質(zhì)合金的35～40%，已在市場上得到較廣泛的應(yīng)用。該成果發(fā)明了系列無鈷金屬陶瓷強(qiáng)韌化、無磁化制備技術(shù)，開發(fā)了系列高性能低成本無鈷金屬陶瓷材料，是硬質(zhì)合金理想的升級(jí)替代材料，也具有陶瓷材料、聚晶立方氮化硼等超硬材料難以相比的強(qiáng)韌性。?技術(shù)特征該材料主要性能指標(biāo)可達(dá)：硬度≥92.2HRA，抗彎強(qiáng)度≥3250MPa，斷裂韌性≥9.4 MPa·m1/2。獲得相關(guān)授權(quán)國家發(fā)明專利8項(xiàng)，相關(guān)技術(shù)曾獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)，達(dá)到國際先進(jìn)水平。應(yīng)用范圍:主要用途：①適用于制作各種可轉(zhuǎn)位刀片，用于難加工材料的干式切削；②適合用于制作加工磁性材料的刀具和成型模具；③用于碳纖維預(yù)浸料的切割時(shí)，使用的穩(wěn)定性和壽命大大高于目前進(jìn)口產(chǎn)品；④適合于制作電子元器件生產(chǎn)及激光加工生產(chǎn)線中的專用模具，綜合性能優(yōu)良；⑤適合制作苛刻環(huán)境下使用的密封環(huán)和耐磨件。

研發(fā)階段/n目前國內(nèi)生產(chǎn)使用的主要是金屬關(guān)節(jié)，雖然其價(jià)格低廉，但仍存在斷裂、腐蝕、股骨頭磨損等問題，進(jìn)口人工關(guān)節(jié)價(jià)格昂貴。高純氧化鋁生物陶瓷適用于矯形關(guān)節(jié)假體部件的替代材料及制品，是一種生物相容性好、耐腐蝕及耐磨損的生物惰性材料。氧化鋁陶瓷與金屬復(fù)合的人工關(guān)節(jié)，結(jié)合了陶瓷生物相容性好、耐磨及金屬抗折強(qiáng)度高、韌性好的優(yōu)點(diǎn)，開發(fā)生物陶瓷與金屬復(fù)合及配伍的人工髖關(guān)節(jié)，能改變目前國內(nèi)無生物陶瓷人工關(guān)節(jié)生產(chǎn)的局面，提高我國人工關(guān)節(jié)產(chǎn)品的檔次，參與國外產(chǎn)品的競爭，為我國髖關(guān)節(jié)患者提供高質(zhì)量、價(jià)廉的人工髖關(guān)節(jié)產(chǎn)品

本項(xiàng)目以連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性聚合物基高性能復(fù)合材料零件直接3D打印為目標(biāo)，采用連續(xù)纖維與熱塑性聚合物為原材料，利用復(fù)合浸漬-熔融沉積的3D打印工藝實(shí)現(xiàn)高性能復(fù)雜結(jié)構(gòu)復(fù)合材料構(gòu)件的低成本一體化快速制造，打印的復(fù)合材料零件的拉伸與彎曲強(qiáng)度分別達(dá)到340MPa與390MPa,該技術(shù)既改進(jìn)了傳統(tǒng)3D打印零件強(qiáng)度不足的缺點(diǎn)推動(dòng)了3D打印技術(shù)向工業(yè)化應(yīng)用的進(jìn)程，又克服了傳統(tǒng)復(fù)合材料成型工藝成本高、周期長的技術(shù)瓶頸促進(jìn)了復(fù)合材料在將來的進(jìn)一步發(fā)展與應(yīng)用，是一次具有革命性的創(chuàng)新與突破。該技術(shù)屬于國內(nèi)首創(chuàng)，獲得多項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，受到國內(nèi)外越來越多機(jī)構(gòu)的關(guān)注，在國內(nèi)，本項(xiàng)目得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、載人航天等項(xiàng)目的支持，開展關(guān)于工藝機(jī)理與裝備等方面的研究，探索該工藝在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用前景，在國外，分別與德國、俄羅斯等研究單位合作對(duì)該工藝的材料以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開展研究，研究水平國內(nèi)外領(lǐng)先。在當(dāng)今全球3D打印領(lǐng)域快速發(fā)展的形勢(shì)下，復(fù)合材料3D打印具有巨大的發(fā)展前景，據(jù)SmarTech預(yù)測，至2026年全球用于3D打印的復(fù)合材料收入將超過5億美元，未來十年內(nèi)復(fù)合材料將成為3D打印最主要的市場機(jī)遇，目前該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)開發(fā)出了成熟的工業(yè)設(shè)備，形成了成熟的裝備-材料-工藝體系，具備了商業(yè)化應(yīng)用的條件，已經(jīng)初步在復(fù)合材料輕質(zhì)結(jié)構(gòu)等方面得到應(yīng)用，隨著該技術(shù)的成熟，將來必將在航空航天、汽車交通甚至民用領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。本項(xiàng)目目前正在積極尋求具有熱塑性復(fù)合材料界面改性、基體材料開發(fā)、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及復(fù)合材料應(yīng)用等方面特長的合作單位共同推動(dòng)該新型技術(shù)的工業(yè)化進(jìn)程。

以高性能纖維（玻纖、碳纖、芳綸等）為增強(qiáng)體，通過自有獨(dú)特專利技術(shù)制 備三維正交、角聯(lián)鎖、間隔型機(jī)織物以及三維多向編織物，并通過樹脂改性、復(fù) 合成型等技術(shù)集成制備成系列三維機(jī)織、三維編織復(fù)合材料。系列結(jié)構(gòu)材料具有 質(zhì)輕、高強(qiáng)、高模、耐沖擊等性能、阻燃、隔音、隔熱等特性，可廣泛用于交通 工具、體育用品、軍事、安全防護(hù)等領(lǐng)域。321 2 關(guān)鍵技術(shù) ① 重構(gòu)出“纖維-預(yù)制件-復(fù)合材料”在空間位置的真實(shí)圖像，再現(xiàn)復(fù)合材 料內(nèi)部纖維束空間路徑、偏轉(zhuǎn)和纖維束間的接觸狀態(tài)，定量揭示工藝織造參數(shù)之 間的關(guān)聯(lián)關(guān)系；基于連續(xù)介質(zhì)假設(shè)和有限變形理論，建立三維機(jī)織多尺度結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)方法。 ②以界面相的微觀結(jié)構(gòu)為切入點(diǎn)，從設(shè)計(jì)合理的碳纖維-環(huán)氧樹脂界面微結(jié) 構(gòu)入手，將碳納米材料作為納米改性劑引入碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料界面中， 揭示其界面增強(qiáng)增韌機(jī)理，最終確立界面、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)聯(lián)機(jī)制。 3 知識(shí)產(chǎn)權(quán)及項(xiàng)目獲獎(jiǎng)情況 （1）一種用于寬幅扁平碳纖維絲束的連續(xù)定型工藝 ZL 201010519415.1 （2）一種適用于無彎曲織物織造的夾頭 ZL201310303000.4 （3）一種適用于無彎曲織物織造的送經(jīng)裝置 ZL201310302349.6 （4）一種無彎曲織物織造的緯紗遞進(jìn)裝置 ZL201310302920.4 （5）一種體密度梯度變化的碳纖維針刺預(yù)制體 ZL201410159117.4 （6）一種深交聯(lián)結(jié)構(gòu)碳纖維增強(qiáng)酚醛樹脂基摩擦材料及其制備方法 ZL201501531119.6 4 項(xiàng)目成熟度 成熟度 5 級(jí) 5 投資期望及應(yīng)用情況 可廣泛用于交通工具、體育用品、軍事、安全防護(hù)等領(lǐng)域。 

在 Nature，Science，Physical Review Letters，Advanced Materials 等學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文 200 余篇，申請(qǐng)中國發(fā)明專利 65 件，授權(quán)發(fā)明專利 22 件。2010 年相關(guān)塊體非晶復(fù)合材料韌化的工作被 Nature-Asia Materials 做專題評(píng)述，多項(xiàng)其它工作還被 Science，Materials Today，Nature 等學(xué)術(shù)雜志做專題評(píng)述以及其它世界各國媒體報(bào)道。在新一代超高強(qiáng)鋼和先進(jìn)耐熱鋼研究上取得了國際水平的研究成果，其中關(guān)于超高強(qiáng)鋼的成果被國際權(quán)威給予很高的評(píng)價(jià)，同時(shí)被科技部評(píng)為“2017 年度中國科學(xué)十大進(jìn)展”并在央視新聞聯(lián)播報(bào)道。超高強(qiáng)鋼；先進(jìn)高熵合金；塊體非晶合金；非晶納米晶軟磁合金；非晶態(tài)耐磨耐蝕合金；非晶與高熵合金釬焊材料；高熵合金生物材料；高強(qiáng)耐蝕鎂合金。

一、項(xiàng)目分類 顯著效益成果轉(zhuǎn)化 二、成果簡介 本項(xiàng)目開創(chuàng)性地將石墨烯用于包覆鈦酸鋰，通過獨(dú)特的加工工藝制得業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的石墨烯包覆鈦酸鋰材料，有效地解決了鈦酸鋰負(fù)極材料的產(chǎn)氣問題，并以此為基礎(chǔ)制得了高性能的鈦酸鋰超級(jí)電池。該電池單體可8C持續(xù)放電，20C脈沖放電，充放電循環(huán)大于30000次，10分鐘可充電90%以上，低溫性能優(yōu)異（可在-40度環(huán)境下放電）。 石墨烯具有高導(dǎo)電性和優(yōu)良的電化學(xué)穩(wěn)定性，通過石墨烯的均勻包覆改善了鈦酸鋰的電子電導(dǎo)性，進(jìn)而提升了電池的大倍率充放電能力和高低溫性能。同時(shí)，石墨烯包覆降低了材料充放電過程中的極化，提高了材料的容量發(fā)揮，通過鈍化鈦酸鋰材料表面的活性位點(diǎn)，解決了其產(chǎn)氣問題。利用該負(fù)極材料做成鈦酸鋰超級(jí)電池，具有優(yōu)異的倍率充放電性能、長壽命、高安全性能和優(yōu)異的低溫充放電性能。 本項(xiàng)目首先開發(fā)了石墨烯包覆的鈦酸鋰材料，采用高溫固相法合成，X射線衍射圖譜證明其為標(biāo)準(zhǔn)的鈦酸鋰尖晶石結(jié)構(gòu)，微觀上由100-200nm的一次顆粒組成的微米和亞微米級(jí)二次球形顆粒，D50為15±5μm，1C可逆容量大于155mAh/g。 獲得了基于石墨烯包覆鈦酸鋰負(fù)極材料的鈦酸鋰超級(jí)電池，通過串并聯(lián)成組后可以用于低溫啟動(dòng)電源，軌道交通，儲(chǔ)能等領(lǐng)域，在長壽命、高安全、快充和低溫充放電領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

可以量產(chǎn)/n成果簡介：近幾年來,中國的轎車市場每年新增的車型不下百款,由于汽車大部分零部件是由模具制造成型的，僅每年新開模具就超過100億元，因此提高模具制造質(zhì)量及壽命對(duì)汽車產(chǎn)品質(zhì)量和汽車行業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要，具有極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本成果借助大型熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)計(jì)算軟件Thermo-calc&Dictra，在H13鋼基礎(chǔ)通過優(yōu)化合金成分并添加微量的鈮，在保持H13鋼原有優(yōu)異性能的前提下，改善H13鋼的熱疲勞性能，從而出開發(fā)一種新型優(yōu)質(zhì)的汽車用熱作模具鋼HG1鋼。同時(shí)結(jié)合表面處理新工藝，將

團(tuán)隊(duì)具備成熟的高性能電機(jī)研發(fā)能力，具備瞬態(tài)有限元仿真技術(shù)、多物理場聯(lián)合仿真技術(shù)、場路耦合仿真技術(shù)，能夠定制開發(fā)有刷/無刷直流、感應(yīng)電機(jī)、電勵(lì)磁/永磁同步等各類電機(jī)，助力多家企業(yè)實(shí)現(xiàn)核心電機(jī)自主化、國產(chǎn)化。 團(tuán)隊(duì)研發(fā)了基于空間磁場的高性能電機(jī)健康狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測電機(jī)健康狀態(tài)，即使發(fā)現(xiàn)電機(jī)微小故障，有效提高電機(jī)可靠性。

目前在阻燃材料領(lǐng)域最常用的技術(shù)有添加型阻燃技術(shù)和反應(yīng)型阻燃技術(shù)兩種。在添加型 阻燃技術(shù)中，所用的阻燃劑為含鹵、含磷、含硼、含銻及其它金屬元素，能夠有效的阻燃，但 是其危害性很大，使用中會(huì)污染環(huán)境。因此，阻燃材料不僅要求其具有高的阻燃效率，而且要 求其燃燒時(shí)無毒、低煙、對(duì)環(huán)境影響小。添加無鹵阻燃劑 (氫氧化鋁或氫氧化鎂) 的阻燃材料 可以滿足這些要求。如果采用氫氧化鋁或氫氧化鎂，為了達(dá)到UL94V-0級(jí)，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)要達(dá)到 60％～70％，致使材料的拉伸強(qiáng)度、伸長率、沖擊強(qiáng)度降低。將本征阻燃聚合物如酚醛樹脂、 多乙炔苯、聚酰亞胺 (PI) 及其衍生物、聚苯并咪唑 (PBI) 等反應(yīng)結(jié)合到基體樹脂上得到阻燃改 性的基體樹脂也是目前研發(fā)的方向之一。 材料的阻燃性，通常是通過氣相阻燃、凝聚相阻燃及中斷熱交換阻燃等機(jī)理來實(shí)現(xiàn)。凝聚 相阻燃機(jī)理是指在凝聚相中延緩或中斷阻燃材料熱分解而達(dá)到阻燃效果。阻燃材料燃燒時(shí)在其 表面生成難燃、隔熱、隔氧炭層，可阻止可燃?xì)膺M(jìn)入燃燒氣相及外部熱源向材料的內(nèi)部傳遞， 致使燃燒中斷。本技術(shù)依據(jù)凝聚相阻燃機(jī)理，制了備高性能的無鹵阻燃板。

水性涂料是由水性樹脂、顏填料和助劑共同配制而成，由于以水作為分散介質(zhì)，水性涂料具有施工安全、低 VOC 等優(yōu)點(diǎn)。研究和開發(fā)水性涂料具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。2013~2016 年水性涂料的市場份額保持增速，隨著環(huán)保政策的出臺(tái)，預(yù)計(jì)到 2020 年市場水性涂料占比將達(dá)到 54%。在水性涂料中，水性丙烯酸樹脂涂料使用量最大，占所有水性涂料 70%以上，其主要應(yīng)用領(lǐng)域包括建筑裝修和工業(yè)涂料等方面。