【研究室总体介绍】
成形是粉末冶金技术的重要工艺步骤，先进成形技术是制备高性能粉末冶金材料和实现近终形制造的关键。先进粉末冶金成形技术研究室主要从事粉末注射成形、高速压制、热等静压以及熔渗技术等先进粉末冶金成形技术的基础与应用研究。同时，研究高性能铁基粉末冶金材料与零件、粉末高温合金、粉末高速钢、粉末冶金TiAl及Ti合金、高导热电子封装材料、新型电池材料等先进材料和粉末冶金过程模拟技术等。
【研究室成员介绍】
曲选辉 路新 章林 任淑彬 张百成 陈刚
【研究室主要研究内容及科研成果】
1、大尺寸高纯稀有金属制品制备技术
针对高端装备和微电子产业对大尺寸高纯稀有金属制品的需求，以提升稀有金属材料产业科技创新能力和整体竞争力为出发点，以国家高端装备和战略性新兴产业发展需求为牵引，在研究高纯稀有金属杂质元素走向及作用规律、大尺寸稀有金属烧结和形变过程中的组织演化规律及精确调控、超高纯钨及钨合金靶材晶粒非均匀长大机理及晶粒尺寸控制等关键科学问题的基础上，着力解决稀有金属材料产业面临的产品同质化、低值化等重大共性问题，突破制备过程中杂质元素控制、大尺寸制品高温高压致密化、晶粒均匀性控制、以及高精度形变加工及精密制备等技术。开发大尺寸钨坩埚/钨管、钨板、钼板、铼板、钨及钨合金靶材、超纯硅单晶环等稀有金属产品，实现高端装备用发热体/热屏和坩埚等的大型化和整体化制造，并形成年产1500吨高纯稀有金属制品工业化生产能力。项目的实施将推进高纯稀有金属材料产业的结构调整与产业升级，实现我国稀有金属材料产业由大变强、技术水平由跟跑向并跑和领跑转变。
2、铜合金闸片制备与产业化技术
高速列车基础制动装置一般采用盘形制动，利用闸片与制动盘产生的摩擦力实现减速或停车。闸片与制动盘组成一对摩擦副，其中制动闸片是保证高速列车运行安全的关键部件，其性能直接影响到制动性能、制动盘和闸片本身的使用寿命及列车的安全运行。该项目的主要研究内容包括：研究铜及铜合金粉末特征的精确调控原理和技术；研究粉末特征对闸片材料制备工艺和性能的影响规律，开发闸片专用粉末制备技术。研究粘结剂、润滑剂、模具结构和压制方式对压坯性能的影响；研究润滑组元表面改性、预合金化方式、烧结工艺对闸片致密度和显微组织的影响规律，阐明铜合金闸片的致密化机理；研究闸片材料的组织调控原理和技术。获得 350km/h 及以上速度等级高速列车铜合金制动闸片。
3、金属材料智能制备成形技术的基础研究---高性能金属材料控制凝固与控制成形的科学基础
针对金属材料控制成形技术智能化需要解决的共性基础问题，重点研究材料凝固、加工处理全过程中的组织变化与遗传行为、制备加工过程的理论模型，构建工艺模拟与微观组织预测平台，为加工成形工艺优化提供工具；用神经元网络等人工智能技术和数据库技术对历史的生产数据进行分析，建立材料组织、性能和形状尺寸的智能预报和控制系统。
4、难熔金属及其化合物球形粉末等离子雾化制备技术---- 高性能金属材料控制凝固短流程制备加工技术
难熔金属及合金的球形粉末因其具有极好的流动性和高的填充密度得到了越来越广泛的应用。在热喷涂领域, 球形金属粉末因其流动性好, 得到的涂层更均匀、致密, 因而产品具有更好的耐磨性。在粉末冶金领域中,球形金属粉末是粉末冶金行业所希望的优质原料。本项目针对难熔金属的发展方向和市场需要，研究等离子体直接制备难熔金属及其化合物球形粉末的关键技术，为实现低成本高性能球形粉末的工业化生产奠定技术基础。
5、TiAl金属间化合物近终形成形的相关基础研究
TiAl金属间化合物是最有希望的新一代轻质高温合金，高Nb－TiAl合金是北京科技大学陈国良院士发展的具有我国自主知识产权的高性能TiAl合金，在现代航空航天等高技术领域中具有十分重要的应用前景。本项目将针对高Nb-TiAl合金室温延性低、塑性加工成形困难等问题，开展射频等离子雾化制粉－粉末注射成形制备原理与技术的研究。重点研究高Nb-TiAl合金粗颗粒粉末在等离子体中的熔化、破碎、球化和凝固规律；低残留粘结剂设计及喂料流变行为；成形坯脱脂与烧结致密化规律；烧结组织与制品尺寸控制原理与方法等，为发展高Nb-TiAl合金微细球形粉末制备技术和复杂形状零件的直接成形技术奠定理论和技术基础。本研究对于推进高Nb-TiAl合金的应用具有重要意义。
6、材料科学数据共享网
以整合、重构现有的、较为成熟的材料科学数据资源为基础，建立满足国家建设、教育、科研、生产、管理等不同需求的跨部门、跨地区、多层次、易管理、异构分布、有序共享的材料数据体系，形成数据齐全完整、存储安全可靠、使用灵活方便的材料数据服务体系和共享网，最大限度地发挥数据信息的效益，满足国家建设、社会发展与科技创新的迫切需要。本项目将建设有色金属材料及特种合金、黑色金属材料、复合材料、有机高分子材料以及材料基础数据共享资源结点等五个面向不同材料领域的数据共享资源结点，以及5个其它材料数据资源结点的设计和框架建设，制定材料科学数据共享相关标准或规范，建成共享网和共享网管理与服务中心，形成一套共建共享机制和运行管理制度以及一套较完善的服务机制。
7、氩气雾化高温合金粉末制备技术研究
通过高温合金粉末制备关键技术的研究，突破高性能镍基高温合金粉末制备等制约先进航空发动机和航空工业发展的技术瓶颈，实现高质量粉末盘用氩气雾化粉末的国内供应，制备出满足需求的粉末涡轮盘，形成批量制备高性能金属粉末和粉末高温合金涡轮盘研发与产业化能力，满足大飞机等国家重大项目的研制需要。
8、粉末高温合金涡轮盘成形技术研究
通过高温合金涡轮盘关键构件成形等关键技术的研究，突破高性能粉末涡轮盘成形等制约先进航空发动机和航空工业发展的技术瓶颈，制备出满足需求的粉末涡轮盘，形成批量制备高性能金属粉末和粉末高温合金涡轮盘研发与产业化能力，满足大飞机等国家重大项目的研制需要。目标：重点研究粉末高温合金细晶坯的特殊锻造或挤压成形工艺，制备的FGH96合金粉末盘性能满足大飞机发动机盘件技术标准，并通过试验考核。研究内容：(1) 超塑性等温锻造用细晶坯料制备技术研究(2) 粉末涡轮盘超塑性等温成形及热处理技术研究(3) 粉末高温合金构件的组织与性能研究(4) FGH96合金粉末涡轮盘的试验与考核。
9、高性能粉末冶金零部件制备技术研究及产业化- 汽车用高性能粉末冶金零部件产业化关键技术研究
本课题属于汽车用粉末冶金零部件领域，粉末冶金零部件的用量是衡量一个国家汽车发展水平的标志之一，同时也代表该国粉末冶金技术的发展水平。通过本课题的研究，研制出中空凸轮轴和行星齿轮架等2种以上汽车用高性能粉末冶金零部件，并建成一条年生产能力100万件的汽车用高性能粉末冶金零部件生产线。北科大主要负责高密度粉末冶金零部件工艺研究和部分性能分析测试，协助完成粉末冶金零部件制备工艺研究、生产线建设。材料成分： Fe-（1.5~2.5%）Cu-（0.5~2.0%）C和Fe- (1-5%)Cr-(0.2-0.7%)Mo-(0-2%)Cu -(0-0.5%)C两个体系；制备出密度≥7.4g/cm3的粉末冶金零件；抗弯强度≥500MPa、抗拉强度≥700MPa、硬度HRC≥45。
10、新型钴基ODS合金中纳米复合氧化物的粒径和界面结构演化规律
纳米复合氧化物强化钴基ODS合金是一种新型高温结构材料，获得粒径细小、分散均匀、界面结构可控的氧化物弥散相是拓展钴基ODS合金高温力学性能的先决条件。本项目通过高能球磨、机械化学反应法和低温燃烧合成三种方法引入氧化物弥散相，重点就氧化物的粒径、分散度、化学成分、相组成、内部组织、界面结构及其与基体的晶体学取向关系等特征进行对比研究。从氧化物形核和长大的角度讨论弥散相细化机制。运用热力学和动力学计算分析纳米复合氧化物的形成条件，阐明微合金元素的作用机理。揭示纳米复合氧化物的形成机理和不同方法引入氧化物的粒径和微观结构变化的内在原因。掌握氧化物在高温下的粒径和微观结构演变规律，并建立纳米粒子的长大模型。旨在掌握氧化物粒径和界面结构的微观控制机制，从而为合金成分设计、工艺参数优化和使用温度预测提供指导。
11、材料科学数据库及其应用技术研究
材料数据对于国家安全、工程服役安全、科技创新、智能制造等方面的重要性在数据时代越来越彰显出来,在2011年美国提出的具有变革意义的材料基因组计划中,材料数据与材料计算模拟、材料实验表征一起,为材料发展全流程研究的三大基本工具,使材料研究者与生产管理者进一步充分认识材料数据对加速材料研发进程的推动作用。材料数据具有多样、获取过程复杂、数据间关联关系复杂、知识产权性强等特点,使数据的收集、存储、共享和应用更加复杂。建设国家材料数据研发与服务公共平台,加大材料数据的收集整合力度,构建国家材料数据库,开展材料数据及材料数据库相关标准规范建设、定制性专题数据库服务、数据推送服务,同时开展材料信息学、材料数据学等方面的研究。
12、层状结构铝基复合材料近终形制备技术基础的研究
由陶瓷颗粒增强铝基复合材料和铝合金组成的具有层状结构的复合材料（简称：MMC/Al），可以充分发挥两种材料各自具有的热物理性能、力学性能、摩擦磨损性能和可加工性能等优异的特性，同时克服各自的缺点并保留金属铝轻量化的优势，在车辆、航空航天、电子等高技术领域具有广阔的应用前景，已成为高性能材料发展的重要方向之一。本项目以解决MMC/Al材料难加工成形问题为目标，以“粉末注射成形－熔浸铸造”为技术途径，重点研究陶瓷粉末喂料流变行为与注射充模规律、陶瓷增强坯体孔隙和尺寸精度控制、铝合金熔体改性及其在多孔陶瓷增强体中的熔浸动力学与界面控制等关键科学和技术问题，为建立层状结构复合材料零件的近终形制造技术奠定理论和技术基础。
13、高性能温敏铁氧体粉末注射成形及其产业化关键技术
本项目提出粉末注射成形技术制备高性能温敏铁氧体材料及器件,通过材料成分设计、改进粉末制备方法、开发新型粘结剂体系和脱脂工艺、优化烧结制度以及器件尺寸精度控制得到高性能、高精度的微型和异型温敏铁氧体器件，解决产业化的关键技术，实现高效的工业化生产。该项目研究符合器件小型化、轻量化、高性能的要求，并促进广东省软磁铁氧体企业的技术进步，带动相关产业的发展，具有显著的经济和社会效益。
14、低温燃烧合成氮化铝（AlN）陶瓷粉末的研究
通过低温燃烧合成反应的热力学和动力学研究，揭示有机碳源存在条件下的低温燃烧合成反应机理，建立原料配比、点燃条件和燃烧环境等因素对燃烧反应以及合成前驱物的成分、粒度、形貌等的影响规律。通过低温燃烧合成前驱物的碳热还原反应动力学和陶瓷颗粒长大机理的研究，确定前驱物的碳热还原反应参数，实现AlN粉末的粒度和形貌的控制。通过上述研究，建立碳热还原低温燃烧合成前驱物制备AlN粉末的可行性、规律及机理，并为开发低温燃烧合成碳热还原法在其它非氧化陶瓷粉末（如SiC，Si3N4，TiN，TiC，BN，WC，等等）制备中的应用提供理论借鉴。
15、γ'相和纳米复合氧化物强化新型钴基ODS合金的研究
针对传统钴基合金中温强度不足和高温下显微组织失稳的问题，本项目拟同时引入γ′相和纳米复合氧化物两种强化机制，采用机械合金化工艺制备新型钴基氧化物弥散强化(ODS)合金。通过弥散相细化、γ′相优化和形成粗晶粒组织三个措施来提高高温力学性能。重点研究氧化物的溶解-析出机制、弥散相细化和界面结构控制机理、以及机械合金化获得的过饱和固溶体在热处理过程中的组织演变规律等基础问题。在掌握形成粗晶粒组织的关键工艺参数的基础上，阐明钴基ODS合金独特的二次再结晶行为。通过力学性能研究和显微结构分析揭示不同温度下的强化机理。新型钴基ODS合金能够将优异的高温力学性能、耐腐蚀性能和抗氧化性能结合起来，有望用作燃气轮机中的叶片、喷嘴和燃烧室等高温部件的关键材料。该研究对拓展钴基合金的使用温度极限和丰富互不溶系ODS合金制备的相关理论具有重要的科学意义和应用价值。
16、汽车增压涡轮用粉末高温合金近终成形技术研究
涡轮增压技术是实现汽车工业节能减排最有效的手段之一。粉末注射成形技术能够实现复杂形状增压涡轮的近终成形，还能避免铸造涡轮中存在的夹杂、成分偏析、组织不均匀等缺陷。汽车增压涡轮用高温合金粉末注射成形技术的研究对于涡轮增压技术的推广应用及节能减排目标的实现具有重要意义。该成果以氩气雾化K418合金粉末为原料，添加自主设计的多组元石蜡基粘结剂，并采用注射成形技术制备出复杂形状增压涡轮，通过后续热等静压和热处理工艺优化制备出全致密、组织成分均匀、力学性能优异、外形轮廓符合使用要求、表面光洁度良好的增压涡轮。突破了复杂形状增压涡轮模具结构设计、注射成形工艺参数优化、烧结致密化与尺寸精度控制等关键技术难点，综合力学性能较铸造涡轮显著提升，能够有效促进涡轮增压技术的推广应用。
17、生物医用钛合金的设计与制备技术
钛及其合金因具有高比强度，低弹性模量，优异的耐腐蚀性能及生物相容性，被认为是一种很有前途的人造骨替代材料。目前临床应用的钛及其合金主要为纯Ti及Ti-6Al-4V，但是长期植入人体的Al和V离子的析出会对人体造成危害。此外，纯钛（120 GPa）和Ti-6Al-4V（110 GPa）的弹性模量远远高于人骨（0.2-28.8 GPa）的弹性模量，较高的弹性模量会导致‘应力屏蔽’现象，最终使得材料移植失败。因此，研究和开发无毒、生物相容性更好、弹性模量更低的新型钛合金是当今生物医学金属材料领域研究的重点内容。本项目通过利用数值模拟计算进行新型钛合的设计，将3D打印，粉末注射成型等近终成形制备技术应用于新型钛合金材料的成形，随后对其力学、化学、生物等相关性能进行检测。通过上述研究，进一步促进新型钛及其合金在生物医学领域的应用，为其在实际临床的应用奠定基础。
18、低成本钛合金的近终成形制备技术
因具有高比强度，优异的力学性能，耐腐蚀性能等，钛及其合金广泛应用于航空、航海、化学、医疗等领域。但是由于原料钛粉成本较高以及后续需要大量的加工导致目前钛及其合金的整体制备成较高。因此，如何降低钛及其合金的制备成本是当前钛及其合金制备领域内的研究热点。本项目针对原料粉末较高的问题，一方面进一步提升目前钛粉的制备技术水平，另一面积极开发新的钛粉工艺，从而实现原料粉末成本的降低。此外，本项目还通过利用3D打印，粉末注射成型等近终成形制备技术进一步提高材料利用率，降低材料的制备加工成本。通过上述研究内容，进一步降低整体钛及其合金的制备成本，促进钛及其合金在各个领域的进一步应用。
【研究室承担科研項目】
1、国家重点研发计划项目：大尺寸高纯稀有金属制品制备技术
2、国家重点研发计划子课题：铜合金闸片制备与产业化技术
3、国家重点研发计划子课题：大规格高性能钼及钼合金关键制备技术开发与示范应用
4、国家重点研发计划子课题：粉末冶金铜碳复合材料制备与应用技术基础
5、国家“973”计划：金属材料智能制备成形技术的基础研究；
6、国家“973”计划：粉末增塑成形技术的科学基础；
7、国家“973”计划：粉体近终形高效成形与组织精确控制；
8、国家“863”计划：高性能粉末冶金材料及其关键构件先进制备技术；
9、国家“863”计划：先进粉末高温合金的研制及制备技术；
10、国家“863”计划子课题：金属/陶瓷层状结构复合材料的研究及其在热镀锌工业和重型车辆中的应用
11、国家“863”计划子课题：水下采油系统特殊耐蚀合金产业化技术开发
12、国家“863”计划：金属球形微粉的低成本制备新技术及应用研究；
13、国家“863”计划：金属粉末注射成形新材料、新工艺和新产品研究；
14、国家“863”计划：双连通结构SiCp/Al复合材料及近终形成形技术；
15、国家“863”计划：粉末冶金高氮不锈钢的研究；
16、国家“863”计划：含稀土的0.2微米级超细晶WC-Co硬质合金开发；
17、国家“863”计划：特种工艺制备燃料电池用高容量纳米晶/非晶镁基复合储氢材料；
18、国家“863”计划：大功率微波器件高导热封装材料的研究；
19、国家“863”计划：电子封装用铜基复合材料及器件的研究；
20、国家科技支撑计划、国家科技基础条件平台计划:粉末冶金高速钢现代工业制备技术开发；
21、国家科技支撑计划、国家科技基础条件平台计划:高性能钢铁粉末冶金材料关键技术研究与应用；
22、国家科技支撑计划、国家科技基础条件平台计划:稀土新型储氢材料关键制备技术与应用开发；
23、国家科技支撑计划、国家科技基础条件平台计划:材料科学数据共享网；
24、国家自然科学基金: 粉末冶金超合金近终形制造相关基础问题研究；
25、国家自然科学基金: 铁基粉末冶金高密度压坯成形与烧结行为及其控制；
26、国家自然科学基金:熔渗法制备二维散热用（鳞片状石墨+金刚石颗粒）/铜复合材料的相关基础问题研究
27、国家自然科学基金:层状结构铝基复合材料近终形制备技术基础研究；
28、国家自然科学基金:TiAl金属间化合物近终形成形的相关基础研究；
29、国家自然科学基金:高导热DCC材料近净形成形的相关基础问题；
30、国家自然科学基金:SiCp/Al界面改性与复合新技术的研究;
31、国家自然科学基金:智能化粉末注射成形技术基础研究;
32、国家自然科学基金:高导热复合材料中界面对导热的作用机理；
33、国家自然科学基金:低温燃烧合成非氧化物陶瓷粉末的研究；
34、国家自然科学基金:高导热氮化铝（AlN）陶瓷近净成形的相关基础问题;
35、国家自然科学基金:全固高比能量锂离子电池聚合物电解质与正负电极的作用机制；
36、国家自然科学基金:多孔铸型炭/导电聚合物复合材料制备及电化学储能研究；
37、国家自然科学基金:塑晶材料作为聚合物电解质新型固态增塑剂的研究；
38、国家自然科学基金:γ’相和纳米复合氧化物强化新型钴基ODS合金研究；
39、国家自然科学基金: 粉末冶金铁素体超合金中纳米析出相演变与协同强化机制；
40、其他科研项目:北京市科技计划重大项目——飞机发动机用涡轮盘关键制备技术研究;
41、其他科研项目:北京市科技计划重大项目——粉末注射成形技术研究与产业化。
【实验设备】
