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       成熟度：技術(shù)突破         多孔有機(jī)聚合物是一類新興的功能性高分子材料，相比傳統(tǒng)高分子交聯(lián)樹脂，其具有類似無(wú)機(jī)分子篩的微孔，具有更高的官能團(tuán)密度，已被廣泛用于儲(chǔ)存、分離或催化等領(lǐng)域。然而當(dāng)前許多性能優(yōu)良的多孔有機(jī)聚合物成本過(guò)高，嚴(yán)重制約著其實(shí)際應(yīng)用。我們合成的價(jià)格低廉且性能優(yōu)秀的多孔有機(jī)聚合物，其性能與當(dāng)前典型多孔有機(jī)聚合物相當(dāng)，而價(jià)格為它們的幾十分之一或幾百分之一，目前在儲(chǔ)存氨氣、分離二氧化碳及分離水中污染物（如硼酸，Hg2+等）等方面已完成實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，這些成果將為多孔有機(jī)聚合物的真正應(yīng)用打開通道。         意向開展成果轉(zhuǎn)化的前提條件：中試放大及產(chǎn)業(yè)化工藝開發(fā)資金支持

方矩形鋼管是用途極廣和最常見的異型鋼管，也是一種經(jīng)濟(jì)端面管材，與其相同截面積的其他非圓鋼管相比，具有重量輕，強(qiáng)度高，抗彎截面模量大，節(jié)省金屬，易于安裝等優(yōu)點(diǎn)，主要用于建筑、醫(yī)療器械、高檔家具、汽車、飛機(jī)、地鐵、造船等行業(yè)。  冷彎方矩形管的主要成型工藝有“圓變方”和“方變方”兩種，前者生產(chǎn)效率高，是將高頻圓形焊管經(jīng)過(guò)冷拔整形成為最后形狀。   隨著市場(chǎng)和技術(shù)發(fā)展的需求，北京科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院在成功開發(fā)了“高精度冷拔精密鋼管”工藝與設(shè)備基礎(chǔ)上，又先后開發(fā)出滾模冷拔錐管、葫蘆形管、大口徑方管等復(fù)雜斷面管材以及多通管液壓脹形等新工藝。我們利用大型仿真軟件對(duì)大口徑方管的冷拔過(guò)程進(jìn)行了各種工藝參數(shù)下的模擬。開發(fā)成功650X650以下，最大壁厚25mm的方矩形管成形新工藝與設(shè)備。 冷彎型鋼在國(guó)外建筑業(yè)中用途非常廣泛，被用作屋架、檁條、桁架、剛架、墻架、龍骨、屋面板、墻板、樓板、門窗乃至容器、管道、圍堰、鋼板樁、防波堤等。近年來(lái)，冷彎型鋼組合而成的網(wǎng)殼、貨架、單層和多層房屋也得到了很快的發(fā)展。在發(fā)達(dá)國(guó)家，建筑業(yè)是冷彎型鋼的第一大用戶，冷彎型鋼占鋼材總量的5％，建筑業(yè)用冷彎型鋼占冷彎型鋼總量70％以上，冷彎型鋼產(chǎn)品應(yīng)用于建筑業(yè)的主要是結(jié)構(gòu)用冷彎方矩形管和建筑用結(jié)構(gòu)冷彎型鋼。從結(jié)構(gòu)力學(xué)和經(jīng)濟(jì)角度，冷彎型鋼和H型鋼結(jié)合應(yīng)用于建筑業(yè)是最佳組合，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)廠房和民用住宅建設(shè)工廠化。

該項(xiàng)目屬于粉末冶金學(xué)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(shù)領(lǐng)域中具有不可取代的關(guān)鍵作用。然而，這類材料往往硬度高、脆性大，難以采用傳統(tǒng)技術(shù)加工制備，成為許多國(guó)防和民用高技術(shù)裝備發(fā)展的瓶頸。為此，項(xiàng)目基于粉體流變成形原理，研發(fā)了難加工材料的近終形制造新技術(shù)，廣泛應(yīng)用于國(guó)防和民用高技術(shù)領(lǐng)域。

新金屬材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室噴射成形技術(shù)研究室現(xiàn)有副教授以上研究人員4人，其中教育部長(zhǎng)江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃特聘教授1人，留學(xué)回國(guó)人員3人，長(zhǎng)期從事噴射成形及其它材料制備成形技術(shù)和新材料的研究開發(fā)，在相關(guān)理論和應(yīng)用研究方面取得了一定的成果，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。已經(jīng)發(fā)表相關(guān)論文100余篇，申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利3項(xiàng)。 噴射成形是一項(xiàng)21世紀(jì)新材料開發(fā)和傳統(tǒng)材料性能提升的先進(jìn)制備技術(shù)，廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域。 噴射成形高性能鋁合金研究與應(yīng)用： (1)高硅鋁合金：具有良好的綜合力學(xué)性能以及高溫耐磨性能，廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)械和電子工業(yè)。 (2)超高強(qiáng)度高韌性鋁合金：室溫抗拉強(qiáng)度達(dá)到850MPa以上，同時(shí)具有良好的塑韌性和抗應(yīng)力腐蝕能力，在航空航天工業(yè)、核工業(yè)、交通運(yùn)輸工業(yè)等領(lǐng)域有重要作用。 噴射成形電子材料研究與應(yīng)用： (1)Cu-Cr電觸頭材料：合金中Cr相顆粒的尺寸明顯細(xì)化，觸點(diǎn)的開關(guān)性能明顯提高，使其成為高性能大容量真空開關(guān)的優(yōu)良材料。 (2)輕質(zhì)Si-Al封裝材料：具有低密度、高導(dǎo)熱率和與半導(dǎo)體材料相近的熱膨脹系數(shù)，是理想的新型電子封裝材料，尤其適用于航空航天等需要輕質(zhì)低膨脹封裝材料的應(yīng)用領(lǐng)域。 新型高溫（>1200℃）抗氧化耐磨材料研究與應(yīng)用： 在高溫磨損條件下可以保持良好的抗氧化性能，廣泛適用于高溫加熱爐等應(yīng)用領(lǐng)域。

在傳統(tǒng)的半固態(tài)鋁合金觸變成形技術(shù)中，電磁攪拌和電磁感應(yīng)重熔加熱的功率較大、效率很低、能耗很高，半固態(tài)坯料的液相分?jǐn)?shù)不能太高，成形非常復(fù)雜零件毛坯時(shí)遇到困難，而且坯料的鋸屑、坯料重熔加熱時(shí)的流失金屬、澆注系統(tǒng)和廢品不能馬上回用，增加了觸變成形的生產(chǎn)成本。因此，如何進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本成為當(dāng)今半固態(tài)鋁合金成形技術(shù)應(yīng)用的最重要的主題。 在國(guó)家九五、十五和十一五“863”高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃的支持下，我校研制開發(fā)的先進(jìn)鋁合金半固態(tài)流變成形技術(shù)已經(jīng)成熟，成功地流變成形了汽車零件，如圖1所示。與一般半固態(tài)鋁合金觸變成形相比，該半固態(tài)鋁合金流變成形的生產(chǎn)工藝流程大大縮短，設(shè)備投資也將大幅度減少，半固態(tài)流變成形零件的生產(chǎn)成本將會(huì)明顯降低。目前，該項(xiàng)目已經(jīng)通過(guò)國(guó)家“863”計(jì)劃組織的專家委員會(huì)的驗(yàn)收。 由于半固態(tài)鋁合金流變成形不易發(fā)生噴濺、裹氣少、凝固收縮小，流變成形的零件毛坯致密，能夠熱處理強(qiáng)化，因此采用本半固態(tài)流變成形技術(shù)成型的鋁合金零件的力學(xué)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)鋁合金壓鑄件的力學(xué)性能，滿足國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。而且，流變成形的零件毛坯不存在宏觀偏析，力學(xué)性能更均勻；可以實(shí)現(xiàn)近終化成形，大為減少機(jī)加工量，降低加工成本；易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化或自動(dòng)化操作，生產(chǎn)效率高；減輕了模具的熱沖擊，提高了模具的壽命。該技術(shù)具有電磁攪拌和均熱能耗低，漿料表面氧化程度輕，輸送方便，漿料的固相分?jǐn)?shù)可以靈活控制，便于成形各種復(fù)雜零件，而且半固態(tài)鋁合金漿料流變成形后的澆注系統(tǒng)、廢品將直接在本車間回用，降低原料成本。與傳統(tǒng)的半固態(tài)鋁合金觸變成形相比，半固態(tài)鋁合金流變成形的生產(chǎn)工藝流程大大縮短，設(shè)備投資也將大幅度減少，半固態(tài)流變成形零件的生產(chǎn)成本將會(huì)明顯降低。 該技術(shù)以北京科技大學(xué)擁有的中國(guó)發(fā)明專利00 1 09540.4為支撐，具有原創(chuàng)性及完全的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。 目前，鋁合金半固態(tài)流變成形應(yīng)用主要集中在汽車零件和耐壓閥體等零件，如汽車制動(dòng)總泵殼、油道、輪轂等，也可以應(yīng)用于其他要求較高的零件毛坯，如航空、航天、摩托車和電子行業(yè)的鋁合金零件等。鋁合金半固態(tài)流變成形零件毛坯不但具有優(yōu)良的力學(xué)性能。

研究閥體零件多向擠壓成形工藝過(guò)程中材料流動(dòng)特征，指出加載路徑對(duì)材料流動(dòng)的影響規(guī)律，優(yōu)化加載路徑，有效避免成形缺陷；已成功研發(fā)了鋁合金、銅合金以及黑色金屬的半固態(tài)成形工藝，成形零件強(qiáng)度、硬度顯著提高，形成了復(fù)雜閥體半固態(tài)擠壓鑄造、半固態(tài)多向鍛造工藝體系；研制了實(shí)現(xiàn) 6 個(gè)加載方向數(shù)控成形液壓機(jī)，利用機(jī)架及特制液壓缸有效減少了液壓系統(tǒng)安裝空間。

采用塑性成形工藝成形具有復(fù)雜特征的軸類零件（如螺紋、花鍵、蝸桿、絲杠），相比于傳統(tǒng)的切削加工工藝，零件精度高、機(jī)械性能好、生產(chǎn)率高、材料利用率高，是一種高效精確體積成形技術(shù)。根據(jù)不同零件特征發(fā)展一系類新工藝：將中高頻感應(yīng)加熱同螺紋、花鍵滾壓成形相結(jié)合，解決了高強(qiáng)度鋼螺紋、花鍵滾壓成形問(wèn)題；復(fù)合振動(dòng)的復(fù)雜齒形滾軋、擠壓工藝有效改善了成形零件質(zhì)量；提出了螺紋齒高大、變形量大的長(zhǎng)螺紋（絲杠）零件塑性成形方法；發(fā)展可鍛軋一體化蝸桿的精密塑性成形工藝等。為之配套的工裝、伺服直驅(qū)設(shè)備體系與相關(guān)技術(shù)完備。

采用局部加載增量成形大型復(fù)雜構(gòu)件可有效減少成形載荷、提高材料成形極限、拓展構(gòu)件成形尺寸范圍、提高設(shè)備成形能力，是采用難變形材料的大型復(fù)雜構(gòu)件近凈省力成形的有效途徑。揭示了大型復(fù)雜構(gòu)件局部加載成形過(guò)程的加載狀態(tài)并建立了下材料流動(dòng)解析模型；發(fā)展了適用于大型復(fù)雜構(gòu)件三維坯料設(shè)計(jì)的解 析-數(shù)值混合方法；構(gòu)件了能快速穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)局部加載的液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)，獲得相同裝機(jī)功率下遠(yuǎn)大于整體加載成形的成形能力。工藝?yán)碚撘研纬上到y(tǒng)，且技術(shù)成熟度高，撰寫綜述論文發(fā)表于國(guó)際 SCI 期刊，已在實(shí)現(xiàn)局部的液壓系統(tǒng)方面申請(qǐng)發(fā)明專利多項(xiàng)。

該項(xiàng)目屬于粉末冶金學(xué)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(shù)領(lǐng)域中具有不可取代的關(guān)鍵作用。然而，這類材料往往硬度高、脆性大，難以采用傳統(tǒng)技術(shù)加工制備，成為許多國(guó)防和民用高技術(shù)裝備發(fā)展的瓶頸。為此，項(xiàng)目基于粉體流變成形原理，研發(fā)了難加工材料的近終形制造新技術(shù)，廣泛應(yīng)用于國(guó)防和民用高技術(shù)領(lǐng)域。主要發(fā)明點(diǎn)如下：1. 發(fā)明了高性能特種材料的粉末注射成形新工藝，實(shí)現(xiàn)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(fā)明了專用注射成形機(jī)、側(cè)抽芯新結(jié)構(gòu)模具等關(guān)鍵工藝裝備；創(chuàng)立了基于機(jī)器視覺的粉末注射成形產(chǎn)品尺寸和外觀質(zhì)量在線自動(dòng)檢測(cè)、工業(yè)機(jī)器人動(dòng)態(tài)抓取和分揀軟硬件系統(tǒng)，首次實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化生產(chǎn)和高質(zhì)量穩(wěn)定性控制，生產(chǎn)效率提高 6 倍以上。2. 首創(chuàng)了適合注射成形的近球形微細(xì)特種粉體制備和改性新技術(shù)。提出基于酸根離子的化學(xué)推進(jìn)劑理論，創(chuàng)立了可控溶液燃燒合成難熔金屬和氮化物反應(yīng)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(chuàng)立了“氣流分級(jí)分散-等離子球化”粉體改性技術(shù)，制備出滿足精密多孔陰極需要的細(xì)粒徑窄分布（5±2μm）球形鎢粉。3. 發(fā)明了適合不同材料的粘結(jié)劑體系及成形和高效脫脂工藝。提出基于聚合物功能基團(tuán)的多組元粘結(jié)劑設(shè)計(jì)原理，創(chuàng)立了兩相流協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)模型，闡明了兩相分離和缺陷產(chǎn)生的不確定性機(jī)制，發(fā)明了殘?zhí)夹汀⒌蜌埩粜秃透哒承哉辰Y(jié)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(chǎn)品尺寸精度達(dá)到±0.2%。4. 發(fā)明了多孔脫脂坯強(qiáng)化燒結(jié)致密化和組織性能精確調(diào)控技術(shù)。提出金屬鎢的低溫?zé)o壓活化燒結(jié)致密化理論和鈍化處理孔隙結(jié)構(gòu)精確調(diào)控技術(shù)，突破了高致密度鎢的細(xì)晶化和多孔鎢的孔隙均勻化技術(shù)瓶頸，燒結(jié)金屬鎢電極的晶粒尺寸僅 570nm，抗電子轟擊性能提高 2 個(gè)數(shù)量級(jí)，多孔鎢的活性物質(zhì)填充量提高 20%；綜合利用液相燒結(jié)和殘?zhí)肌懊撗酢痹恚鉀Q了氮化鋁高致密化、晶界相控制和晶格凈化等難題，熱導(dǎo)率高達(dá) 248W·m-1·K-1。項(xiàng)目授權(quán)中國(guó)發(fā)明專利 60 項(xiàng)、實(shí)用新型專利 65 項(xiàng)，申請(qǐng) PCT 專利 2 項(xiàng)，軟件著作權(quán) 6 項(xiàng)，合作出版著作 5 部，發(fā)表 SCI 論文 104 篇。項(xiàng)目引領(lǐng)了粉末注射成形行業(yè)發(fā)展，建成了世界規(guī)模最大的粉末注射成形生產(chǎn)線。科技成果評(píng)價(jià)專家組認(rèn)為：“創(chuàng)新性強(qiáng)，屬于重要的軍民兩用技術(shù)”；“為我國(guó)國(guó)防先進(jìn)武器和民用工業(yè)領(lǐng)域研制和生產(chǎn)了多種關(guān)鍵零件”；“應(yīng)用成效明顯，整體技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平”。獲教育部技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng) 2 項(xiàng)、中國(guó)有色金屬工業(yè)技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng) 1項(xiàng)。成果推廣應(yīng)用于 20 余家企業(yè)，建成生產(chǎn)線 47 條。近三年，新增銷售 54.09億元，新增利潤(rùn) 7.05 億元，多種產(chǎn)品解決了國(guó)防裝備建設(shè)和研發(fā)的“卡脖子”問(wèn)題，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著。

作為機(jī)器基礎(chǔ)件的齒輪近幾年來(lái)在向高速、低噪聲、高可靠性發(fā)展。為適應(yīng)發(fā)展的要求，幾乎所有的高速齒輪都采用高精度，硬齒面，齒廓和齒向修形。成形磨齒機(jī)在齒廓修形和齒向修形具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，能夠滿足高階復(fù)雜修形要求，使得這種現(xiàn)代先進(jìn)方法成為磨齒機(jī)發(fā)展的主要方向。本項(xiàng)目在漸開線齒輪成形磨齒工藝軟件開發(fā)過(guò)程中考慮了軸齒輪，盲端齒輪等特殊齒輪情況，對(duì)于高階復(fù)雜修形齒面計(jì)算、砂輪截形優(yōu)化、三維磨削過(guò)程可視化、基于KBE技術(shù)的齒輪工藝參數(shù)智能化管理等技術(shù)難題，進(jìn)行了重點(diǎn)開發(fā)。并在齒輪動(dòng)態(tài)性能預(yù)測(cè)及噪聲控制軟件部分實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，軟件可實(shí)現(xiàn)齒輪噪音對(duì)比預(yù)測(cè)，并能優(yōu)化齒輪參數(shù)，以降低齒輪運(yùn)行時(shí)振動(dòng)噪聲目的。此功能的開發(fā)大大縮短了齒輪加工工藝調(diào)整周期，形成了一體化智能成形磨齒系統(tǒng)。L300G多功能數(shù)控成形磨齒機(jī)整體采用臥式布局，以適應(yīng)盤形齒輪和軸類齒輪加工。機(jī)床的特點(diǎn)是機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操縱可靠輕易；運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、修整系統(tǒng)都有NC數(shù)控軸控制；人機(jī)操作方便、可視化強(qiáng)，結(jié)合KBE技術(shù)對(duì)齒輪工藝數(shù)據(jù)智能化管理，即可完成齒輪齒向任意修正；磨削時(shí)冷卻液都采用高壓供給并有真空過(guò)濾以及油霧分離裝置；具有較高的加工精度，本機(jī)床能達(dá)到GB10095-88 3級(jí)，表面粗糙度達(dá)Ra0.4μm，齒輪周節(jié)累計(jì)誤差達(dá)到2級(jí)。成形磨齒機(jī)適合于單件小批量生產(chǎn)，又適合大批量生產(chǎn)，加工效率較高，在加工相同精度和規(guī)格的齒輪性價(jià)比明顯高。另外，本機(jī)床在漸開線齒輪成形磨齒工藝軟件基礎(chǔ)上，相繼進(jìn)行了擺線齒輪、軸外圓、花鍵、蝸輪磨削工藝軟件的開發(fā)，真正實(shí)現(xiàn)了“一機(jī)多用”的多功能磨齒機(jī)開發(fā)，這也是綠色制造技術(shù)的集中體現(xiàn)。