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【研究室总体介绍】

    反应合成与纳米材料研究室隶属于北京科技大学粉末冶金研究所,共有教师4人。研究方向主要有:自蔓延高温合成技术、射频等离子体球化制粉技术、纳米及超细粉末制备技术、金属粉末凝胶注模成形技术、弥散强化材料、超细晶硬质合金、硬面涂层、医用钛合金、金刚石工具、磁性纳米粉末及磁流体技术、粉末冶金新材料和新工艺。研究室侧重于工业实用技术研发,承担了国家自然科学基金、863、973和支撑计划等多项课题,以及省部级和企业合作开发项目。多项研究成果获得省部级科技进步奖,并且在企业获得推广应用,获得重大的社会和经济效益。

【研究室成员介绍】

郭志猛 郝俊杰 邵慧萍 罗  骥

郭志猛  教授,博士生导师

郝俊杰  教授,博士生导师

邵慧萍  副研究员,硕士生导师

罗  骥  副研究员,硕士生导师

【研究室主要研究内容及科研成果】

1、射频等离子体球化制粉技术

    射频等离子体具有温度高(约104℃)、等离子体炬体积大、能量密度高、无电极污染、传热和冷却速度快等优点,是制备组分均匀、球形度高、流动性好的球形粉末的优良途径。本研究室研制开发的100KW射频等离子体装置运行稳定、成本低,成功实现了难熔金属、合金及陶瓷粉末的球化处理。承担国家“863”计划项目、国家自然科学基金项目及博士点基金项目。发表相关学术论文10余篇,申请国际发明专利2项,国内发明专利10余项。

2、液相沉淀法超细合金粉制备技术

    本项目研究利用溶液沉淀还原法制备纳米超细合金粉工艺。利用不同的沉淀剂首先制备金属的沉淀产物,然后通过透气式还原炉对沉淀产物进行氢气还原得到微米级超细合金粉。该方法工艺简单,生产流程短,可以实现规模化生产,产品对金刚石工具等行业有积极促进作用。本项目已与企业合作,实现工业化生产。

3、3D打印-凝胶注模成形技术

    3D打印技术是指通过连续的物理层叠加,逐层增加材料来生成三维实体的技术,与传统的去除材料加工技术不同,又称为增材制造(AM,Additive Manufacturing)。3D打印技术综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识,常在模具制造、工业设计等领域用于制造模型,现已用于产品的直接制造。本项目将3D打印技术与凝胶注模成形技术相结合,利用3D打印技术直接制造模具,而后利用凝胶注模成形制备零部件,具有成本低、形状适应性强等优势。

    在金属粉末的凝胶注模成形方面,主要研究适合不同金属粉末凝胶注模成形的凝胶体系及添加剂获得高固相含量、低粘度的浓悬浮体,研究该浓悬浮体的流变性能、悬浮机理及凝胶化规律,为大尺寸(单重大于8kg)精密金属部件的低成本工业化生产打下良好基础。适用的金属粉末种类有不锈钢、钛、铝等。

4、医用多孔钛植入合金材料

    多孔金属因其具有开放多孔状结构、允许新骨细胞长入及体液的运输,且其强度及杨氏模量可通过对孔隙度的调整同自然骨匹配,被认为是一种很有前途的人造骨替代材料。然而,医用多孔植入材料形状复杂、细节丰富且尺寸因人而异,这就要求小规模生产的成本低。本项目将凝胶注模成形技术及自蔓延高温合成技术应用于多孔钛及合金材料的成形,对于实现高孔隙度、高开孔率、孔洞宏观分布均匀的大尺寸复杂形状医用多孔钛及合金植入材料的生产具有重要意义。本项目得到国家自然科学基金资助。

5、自蔓延高温合成技术制备陶瓷内衬钢管

    陶瓷内衬钢管具有优异的耐磨、耐蚀、耐热、抗热冲击和抗机械冲击等综合性能。可广泛应用于冶金、电力、石油、化工和建筑等行业,用于煤粉、灰渣、矿粉、尾矿、回填料、焦炭、水泥、混凝土、铝液及腐蚀介质的输送。将铝热剂点燃后,其燃烧产物陶瓷相和金属相均处于熔融状态,借助外力(离心力或重力)使比重不同的液态陶瓷相与金属相分离,比重小的陶瓷相将在表层凝固形成钢管的陶瓷内衬层。本项目是863计划重点研究项目,是863计划新材料领域的重点产业化项目以及国家科委九五科技成果重点推广项目。获国家技术发明四等奖和教育部科技进步二等奖。

6、自蔓延高温合成技术处理放射性废物

    随着核技术应用的发展,所产生的具有放射性的核废物(RAW)也日益增多,它们正严重威胁着地球的生态环境。自蔓延高温合成技术是一项利用化学反应放热使反应持续进行以合成新材料的技术,具有设备简单、投资少、固化率高、固化费用低等优点。本研究室与原子能院合作采用SHS致密化方法制备以CaTiO3为主要成分的类矿石陶瓷作为放射性废物的固结体,将放射性元素固定于人造岩石材料的基体结构中,从而达到封闭、隔离放射性废物的目的。本项目得到国家自然基金资助。

7、弥散强化材料

    弥散强化是依靠特殊手段,在金属基体中引入稳定、均匀、细小的第二相质点,钉扎位错、晶界、亚晶界,阻碍位错移动从而强化材料的方法。活泼金属的氧化物具有很高的稳定性,常用作弥散强化材料的增强相,这类材料称为氧化物弥散强化(Oxide Dispersion Strengthened,ODS)材料。本项目得到国家863计划资助。

    本研究室制备的氧化铝弥散强化铜,既保持了铜的优良导电导热性(大于90%),又提高了铜的强度。具有强度>600MPa、硬度>90HB、软化温度达850-910℃、退火后屈服强度保持好、疲劳强度高、冷加工性能优良等特点。在氧化铝弥散强化铜中,弥散相氧化铝颗粒尺寸在10nm左右,颗粒间距30-50nm,均匀弥散分布。

    在弥散强化铁基材料方面,制备了氧化钇弥散强化纯铁和弥散强化钢。弥散强化纯铁室温抗拉强度达570MPa,比纯铁强度提高1倍以上。在此基础上制备了弥散强化低活化铁素体/马氏体钢,抗拉强度高达1200MPa,氧化物颗粒在基体中分布均匀,颗粒细小。

    在弥散强化铝方面,制备出性能优异的弥散强化纯铝、2024铝合金以及2A50合金等型材和丝材。弥散强化纯铝抗拉强度>200MPa,是普通纯铝的2倍以上,导电性达到62IACS%,达到普通纯铝的96%。弥散强化2024铝合金抗拉强度达612MPa,屈服强度达480MPa,延伸率为10%,性能十分优异。

8、熔覆涂层技术

    熔覆涂层技术是采用粉末冶金方法,将粘结相(一般采用低熔点自熔合金粉末,如Fe基、Ni基、Co基等)与硬质相粉末(如碳化物、硼化物、氮化物等)按一定比例混合,涂覆于基体表面,通过加热使粉末处于半熔融状态,并与基体材料发生扩散和互熔形成冶金结合,从而在基体表面得到一层耐磨、耐蚀、耐高温及抗氧化的结合牢固的涂层。熔覆涂层与基体结合强度高(330~380MPa),硬度高(59~64HRC),涂层致密,无孔洞、裂纹等缺陷,表面质量好,后续加工少。本技术可应用于石油行业中的抽油管、抽油杆、接箍和油管以及冶金行业的轧辊、各类滚动导卫和滑动导卫、耐火砖模具。此外,该技术在泥浆泵缸套、粉碎机锤片以及各种模具等需要耐磨防腐的零件上都可以得到应用。本项目已与企业合作,实现工业化生产。

9、气氛压力烧结高致密氮化硅陶瓷

    本项目研究了气氛压力烧结和热等静压相结合制备高致密氮化硅陶瓷。通过粉体改性对氮化硅粉末进行活化及成形预处理,采用冷等静压成形制备高强度近净尺寸陶瓷坯体,利用气氛压力烧结和热等静压相结合的工艺制备高性能氮化硅陶瓷。具有致密度高、精度高、抗热震性能优异和热导率高等优点,广泛应用于高温结构陶瓷和高抗震结构陶瓷领域。

10、铜基粉末冶金制动摩擦材料

    本项目利用粉末冶金工艺(混粉-压制-加压烧结)制备铜基刹车片。通过分析刹车片基体组元、摩擦组元及润滑组元的在刹车片中的作用,对成份进行研究调整,制备出性能优异的铜基粉末冶金刹车片。通过对摩擦组元进行表面改性,使铜基粉末冶金制动摩擦材料具有高强度、适宜的摩擦系数、良好的耐磨性、抗粘接性和高温稳定性,在温差大、潮湿、干燥等恶劣环境条件下仍能保证良好的摩擦系数及稳定性,可应用于风力发电机和高速列车等重型机械的制动器。

11、纳米磁性粉末和磁流体制备技术

    磁流体是由纳米级强磁性颗粒均匀分散于液态载液中所形成的稳定胶体体系,既具有液体的流动性,又具有磁性物质的磁性,是一种新型纳米功能材料。广泛应用于旋转密封、生物医药、磁记录、油田开采等领域。本研究室利用化学共沉淀法制备磁性颗粒,加入表面活性剂,将其超声分散于基载液中形成磁流体。目前已制备出稳定的煤油基和硅油基Fe3O4磁流体,性能优异。

【研究室承担科研項目】

  • 1、863项目:氧化物弥散强化粉末冶金材料组织控制与致密化技术,224.7万,2013-2015;
  • 2、国家自然科学基金项目:TiH2粉末在射频等离子体中行为研究,79万,2012-2016;
  • 3、国防科工局军品配套项目,183万,2013-2015;
  • 4、教育部博士点基金项目:瞬间氢爆等离子球化制备烧结钕铁硼球形磁粉的基础问题研究,12万,2013-2015;
  • 5、新金属材料国家重点实验室开放基金项目:钐铁氮稀土永磁材料的制备新技术与性能研究,12万,2013-2016;
  • 6、广东省战略性新兴产业核心技术攻关项目:SHS熔覆钢结硬质合金涂层复合材料的研究与产业化,300万,2012-2015;
  • 7、广东省教育部科技部产学研结合项目:硬质合金共性技术产学研结合创新平台,30万,2012-2014;
  • 8、广东省产学研项目:电子线路板蚀刻废液(HW22)高值化利用的研发与产业化,32万,2013-2015;
  • 9、厂协项目:铁基材料自蔓延熔覆耐磨涂层技术,900万,2012-2022;
  • 10、厂协项目:粉末冶金制动闸片的研发与产业化,200万,2012-2022;
  • 11、厂协项目:磁性功能纸,50万,2013-2018;
  • 12、厂协项目:摩擦片铁合金粉的研制,20万,2010-2015。

【研究室团队建設】

    反应合成与纳米材料研究室是一个积极、热情、团结的集体。在科研上,我们努力认真;在生活中,我们团结互助。在研究室老师的带领下,我们共同进步,共同成长,完成了许多重要的科研项目。在学习工作之余,开展了许多丰富多彩的活动:元旦聚餐、梯队秋游、羽毛球比赛,在游玩与娱乐中,增进了感情,培养了团队合作意识。

 
 
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