新金属材料国家重点实验室喷射成形技术研究室现有副教授以上研究人员4人，其中教育部长江学者奖励计划特聘教授1人，留学回国人员3人，长期从事喷射成形及其它材料制备成形技术和新材料的研究开发，在相关理论和应用研究方面取得了一定的成果，积累了丰富的经验。已经发表相关论文100余篇，申请国家发明专利3项。 喷射成形是一项21世纪新材料开发和传统材料性能提升的先进制备技术，广泛应用于国民经济和国防建设的各个领域。 喷射成形高性能铝合金研究与应用： (1)高硅铝合金：具有良好的综合力学性能以及高温耐磨性能，广泛应用于汽车、机械和电子工业。 (2)超高强度高韧性铝合金：室温抗拉强度达到850MPa以上，同时具有良好的塑韧性和抗应力腐蚀能力，在航空航天工业、核工业、交通运输工业等领域有重要作用。 喷射成形电子材料研究与应用： (1)Cu-Cr电触头材料：合金中Cr相颗粒的尺寸明显细化，触点的开关性能明显提高，使其成为高性能大容量真空开关的优良材料。 (2)轻质Si-Al封装材料：具有低密度、高导热率和与半导体材料相近的热膨胀系数，是理想的新型电子封装材料，尤其适用于航空航天等需要轻质低膨胀封装材料的应用领域。 新型高温（>1200℃）抗氧化耐磨材料研究与应用： 在高温磨损条件下可以保持良好的抗氧化性能，广泛适用于高温加热炉等应用领域。

在传统的半固态铝合金触变成形技术中，电磁搅拌和电磁感应重熔加热的功率较大、效率很低、能耗很高，半固态坯料的液相分数不能太高，成形非常复杂零件毛坯时遇到困难，而且坯料的锯屑、坯料重熔加热时的流失金属、浇注系统和废品不能马上回用，增加了触变成形的生产成本。因此，如何进一步降低生产成本成为当今半固态铝合金成形技术应用的最重要的主题。 在国家九五、十五和十一五“863”高技术发展计划的支持下，我校研制开发的先进铝合金半固态流变成形技术已经成熟，成功地流变成形了汽车零件，如图1所示。与一般半固态铝合金触变成形相比，该半固态铝合金流变成形的生产工艺流程大大缩短，设备投资也将大幅度减少，半固态流变成形零件的生产成本将会明显降低。目前，该项目已经通过国家“863”计划组织的专家委员会的验收。 由于半固态铝合金流变成形不易发生喷溅、裹气少、凝固收缩小，流变成形的零件毛坯致密，能够热处理强化，因此采用本半固态流变成形技术成型的铝合金零件的力学性能远远超过铝合金压铸件的力学性能，满足国家技术标准。而且，流变成形的零件毛坯不存在宏观偏析，力学性能更均匀；可以实现近终化成形，大为减少机加工量，降低加工成本；易于实现机械化或自动化操作，生产效率高；减轻了模具的热冲击，提高了模具的寿命。该技术具有电磁搅拌和均热能耗低，浆料表面氧化程度轻，输送方便，浆料的固相分数可以灵活控制，便于成形各种复杂零件，而且半固态铝合金浆料流变成形后的浇注系统、废品将直接在本车间回用，降低原料成本。与传统的半固态铝合金触变成形相比，半固态铝合金流变成形的生产工艺流程大大缩短，设备投资也将大幅度减少，半固态流变成形零件的生产成本将会明显降低。 该技术以北京科技大学拥有的中国发明专利00 1 09540.4为支撑，具有原创性及完全的知识产权。 目前，铝合金半固态流变成形应用主要集中在汽车零件和耐压阀体等零件，如汽车制动总泵壳、油道、轮毂等，也可以应用于其他要求较高的零件毛坯，如航空、航天、摩托车和电子行业的铝合金零件等。铝合金半固态流变成形零件毛坯不但具有优良的力学性能。

采用局部加载增量成形大型复杂构件可有效减少成形载荷、提高材料成形极限、拓展构件成形尺寸范围、提高设备成形能力，是采用难变形材料的大型复杂构件近净省力成形的有效途径。揭示了大型复杂构件局部加载成形过程的加载状态并建立了下材料流动解析模型；发展了适用于大型复杂构件三维坯料设计的解 析-数值混合方法；构件了能快速稳定实现局部加载的液压机的液压系统，获得相同装机功率下远大于整体加载成形的成形能力。工艺理论已形成系统，且技术成熟度高，撰写综述论文发表于国际 SCI 期刊，已在实现局部的液压系统方面申请发明专利多项。

该项目属于粉末冶金学科。高性能特种材料具有其他材料不具备的特殊性能，在高技术领域中具有不可取代的关键作用。然而，这类材料往往硬度高、脆性大，难以采用传统技术加工制备，成为许多国防和民用高技术装备发展的瓶颈。为此，项目基于粉体流变成形原理，研发了难加工材料的近终形制造新技术，广泛应用于国防和民用高技术领域。主要发明点如下：1. 发明了高性能特种材料的粉末注射成形新工艺，实现了金属钨、氮化铝、含氮不锈钢等难加工材料制品的近终形制造；发明了专用注射成形机、侧抽芯新结构模具等关键工艺装备；创立了基于机器视觉的粉末注射成形产品尺寸和外观质量在线自动检测、工业机器人动态抓取和分拣软硬件系统，首次实现了全自动化生产和高质量稳定性控制，生产效率提高 6 倍以上。2. 首创了适合注射成形的近球形微细特种粉体制备和改性新技术。提出基于酸根离子的化学推进剂理论，创立了可控溶液燃烧合成难熔金属和氮化物反应体系和工艺，制备出粒径小于 50nm 的高分散近球形氮化铝和钨基粉体。创立了“气流分级分散-等离子球化”粉体改性技术，制备出满足精密多孔阴极需要的细粒径窄分布（5±2μm）球形钨粉。3. 发明了适合不同材料的粘结剂体系及成形和高效脱脂工艺。提出基于聚合物功能基团的多组元粘结剂设计原理，创立了两相流协调运动模型，阐明了两相分离和缺陷产生的不确定性机制，发明了残碳型、低残留型和高粘性粘结剂体系，有效解决了坯体两相分离、变形、增氧、缺陷等控制难题，产品尺寸精度达到±0.2%。4. 发明了多孔脱脂坯强化烧结致密化和组织性能精确调控技术。提出金属钨的低温无压活化烧结致密化理论和钝化处理孔隙结构精确调控技术，突破了高致密度钨的细晶化和多孔钨的孔隙均匀化技术瓶颈，烧结金属钨电极的晶粒尺寸仅 570nm，抗电子轰击性能提高 2 个数量级，多孔钨的活性物质填充量提高 20%；综合利用液相烧结和残碳“脱氧”原理，解决了氮化铝高致密化、晶界相控制和晶格净化等难题，热导率高达 248W·m-1·K-1。项目授权中国发明专利 60 项、实用新型专利 65 项，申请 PCT 专利 2 项，软件著作权 6 项，合作出版著作 5 部，发表 SCI 论文 104 篇。项目引领了粉末注射成形行业发展，建成了世界规模最大的粉末注射成形生产线。科技成果评价专家组认为：“创新性强，属于重要的军民两用技术”；“为我国国防先进武器和民用工业领域研制和生产了多种关键零件”；“应用成效明显，整体技术达到国际领先水平”。获教育部技术发明一等奖 2 项、中国有色金属工业技术发明一等奖 1项。成果推广应用于 20 余家企业，建成生产线 47 条。近三年，新增销售 54.09亿元，新增利润 7.05 亿元，多种产品解决了国防装备建设和研发的“卡脖子”问题，社会经济效益显著。

作为机器基础件的齿轮近几年来在向高速、低噪声、高可靠性发展。为适应发展的要求，几乎所有的高速齿轮都采用高精度，硬齿面，齿廓和齿向修形。成形磨齿机在齿廓修形和齿向修形具有无法比拟的优势，能够满足高阶复杂修形要求，使得这种现代先进方法成为磨齿机发展的主要方向。本项目在渐开线齿轮成形磨齿工艺软件开发过程中考虑了轴齿轮，盲端齿轮等特殊齿轮情况，对于高阶复杂修形齿面计算、砂轮截形优化、三维磨削过程可视化、基于KBE技术的齿轮工艺参数智能化管理等技术难题，进行了重点开发。并在齿轮动态性能预测及噪声控制软件部分实现技术突破，软件可实现齿轮噪音对比预测，并能优化齿轮参数，以降低齿轮运行时振动噪声目的。此功能的开发大大缩短了齿轮加工工艺调整周期，形成了一体化智能成形磨齿系统。L300G多功能数控成形磨齿机整体采用卧式布局，以适应盘形齿轮和轴类齿轮加工。机床的特点是机床结构简单，操纵可靠轻易；运动控制系统、修整系统都有NC数控轴控制；人机操作方便、可视化强，结合KBE技术对齿轮工艺数据智能化管理，即可完成齿轮齿向任意修正；磨削时冷却液都采用高压供给并有真空过滤以及油雾分离装置；具有较高的加工精度，本机床能达到GB10095-88 3级，表面粗糙度达Ra0.4μm，齿轮周节累计误差达到2级。成形磨齿机适合于单件小批量生产，又适合大批量生产，加工效率较高，在加工相同精度和规格的齿轮性价比明显高。另外，本机床在渐开线齿轮成形磨齿工艺软件基础上，相继进行了摆线齿轮、轴外圆、花键、蜗轮磨削工艺软件的开发，真正实现了“一机多用”的多功能磨齿机开发，这也是绿色制造技术的集中体现。

本发明公开了一种采用选区激光熔化成形技术成形功能梯度零 件的方法，包括以下步骤：(1)将零件三维模型导入到选区激光熔化成 形设备中；(2)将粉末 A 放置于送粉床里，将粉末 B 放置于送粉斗中； (3)先成形粉末 A，再成形粉末 B；(4)采用线切割工艺将功能梯度零件 从基板上分离，在马弗炉中进行退火处理，则得到成品。本发明利用 粉床增材制造中的粉床铺粉结合送粉斗下落粉技术，可以一次性成形 出功能梯度材料，节约总成形

氮化铝（AlN）陶瓷具备优异的综合性能，是近年来受到广泛关注的新一代先进陶瓷，在多方面都有广泛的应用前景。例如高温结构材料、金属溶液槽和电解槽衬里，熔融盐容器、磁光材料、聚合物添加剂、金属基复合材料增强体、装甲材料等。尤其因其导热性能良好，并且具备低的电导率和介电损耗，使之成为高密度集成电路基板和封装的理想候选材料，同时氮化铝—聚合物复合材料也可用作电子器材的封装材料、粘结剂、散热片等。氮化铝在微电子领域应用的市场潜力极其巨大。氮化铝还是导电烧舟的主要成分之一，导电烧舟大量地用于喷涂电视机的显象管等器件、超级市场许多商品包装用的涂铝薄膜，有着广泛的市场。但是，影响氮化铝基陶瓷的推广的主要因素之一，是采用传统方法合成氮化铝粉末，耗能高，生产周期长，生产成本高。本项目采用具有自主知识产权的创新技术，采用燃烧合成技术制取优质的氮化铝陶瓷粉末，具有耗能低，生产周期短，杂质含量低，生产成本低等特点，具有广泛的推广价值。 燃烧合成（Combustion Synthesis，CS）又名自蔓延高温合成（Self- Propagating High-Temperature Synthesis，SHS），是利用化学反应自身放热合成材料的新技术，基本上（或部分）不需要外部热源，通过设计和控制燃烧波自维持反应的诸多因素获得所需成分和结构的产物。 自1994年以来，本项目负责人等针对燃烧合成氮化铝陶瓷产业化的一系列关键问题，在气-固体系氮化铝基陶瓷的燃烧合成热力学、动力学和形成机制等方面进行了深入研究后得到的创新成果。 本项目来源于国家教委高校博士点专项科研基金项目（1994.3-1997.3）。 本项目以应用基础研究成果“燃烧合成氮化铝基陶瓷的应用基础研究”已于1999年通过专家函审。 采用本项目的技术，可以生产符合制作先进陶瓷要求的氮化铝粉末，还可根据用户要求，用此技术生产氮化铝基陶瓷粉末。粉末的质量优良而稳定。 氮化铝广泛应用于高温结构材料、金属溶液槽和电解槽衬里、熔融盐容器、磁光材料、聚合物添加剂、金属基复合材料增强体、装甲材料、高密度集成电路基板、电子器材的封装材料、粘结剂、散热片、导电烧舟等。

二氧化氯因其高效、安全、不易产生氯代有机物等“三致”物质的优点而替代液氯广泛应用于饮用水、污水处理、医疗卫生、食品加工等领域，被誉为第四代消毒剂，是世界卫生组织和世界粮农组织推荐的A1级广谱、安全和高效消毒剂。 本项目在“国家科技支撑计划项目”的支持下，通过先进的复合还原催化技术、双釜串联及梯级反应强化技术、反应耦合分离技术、发生器结构独特设计等一系列自主创新，攻克了二氧化氯制备技术难题，开发了一种高纯度二氧化氯绿色制备集成新技术，提高了二氧化氯的品质与发生器的安全性，填补了国内空白

聚苯乙烯泡沫塑料是一种价廉、质轻、来源丰富的石油副产品。聚苯乙烯泡沫塑料的用途广泛，在包装、装饰及广告领域有着重要的地位。 传统聚苯乙烯泡沫塑料成形加工技术，主要有二种方法：1）发泡成形技术，适合大批量生产。采用一次发泡聚苯乙烯泡沫珠粒，在模具中发泡成型的方法。这种方法除专用发泡成型设备外还需要价格昂贵的金属模具。2）热丝手工切割技术，适合单件、小批量生产。这种方法加工效率低、精度及表面光洁度差，只能完成无精度要求切割任务。

本研究针对复杂铸件整体制造难、制模周期长、资源消耗大等难题，构建无模铸造复合成形原理及机制，发明复杂砂型/芯数字化柔性挤压近成形、切削净成形方法，研发出砂型挤压/切削复合成形工艺，省去木模、金属模制造过程。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 铸造是我国装备制造的基础工艺，无论是农业机械、机床、汽车、船舶，还是航空航天以及国防军工等领域的发展都离不开铸件。我国现已成为世界铸件生产大国，2020年我国各类铸件总产量达到5195万吨，较2019年同比增长6.6%，约占世界总产量45%，位居世界第一位。 铸造主要有砂型铸造、金属型铸造和特种铸造等，砂型铸造由于其原材料来源广泛、成本低、铸型制造简便以及应用合金种类多等优点，世界上80%的铸件都是采用砂型铸造。对于砂型铸造工艺来说，模样、芯盒等模具的设计制造是非常复杂并且耗时的过程，该过程首先需要根据铸造方案进行模具的设计，然后通过翻模制作砂型和砂芯，之后再将制作好的砂型和砂芯经过组芯、合箱以及浇铸从而完成金属毛坯的制造。而高性能复杂整体金属结构件又是航空航天、国防军工、轨道交通等领域高端装备的核心组成部分。因此构件的短流程、高精密、高性能制造是实现我国高端装备自主研发及制造的关键环节。 传统的金属成形如模具铸造、模压锻造等需要木模、金属模的成形工艺，存在工序多、流程长、形性精确控制难等世界性难题，无法满足多品种、小批量、短流程、高精度的迫切要求，亟需研发新型精密成形基础前沿机制与方法。本项目将构建数字化精密成形理论体系，涵盖数字化无模铸造复合成形和数字化多材质复合铸型等两方面，突破了复杂整体构件高效率、高性能、高精度无模成形技术，变革了采用模具造型的传统砂型铸造和模压锻造生产模式，推动传统金属成形模式的创新发展。 复杂砂型/芯曲面柔性挤压近成形、切削净成形的数字化无模铸造复合成形技术与装备 本研究针对复杂铸件整体制造难、制模周期长、资源消耗大等难题，构建无模铸造复合成形原理及机制，发明复杂砂型/芯数字化柔性挤压近成形、切削净成形方法，研发出砂型挤压/切削复合成形工艺，省去木模、金属模制造过程。揭示了挤压工艺对砂型透气性、砂型强度等性能的影响规律，发明了梯度紧实的柔性挤压成形方法，实现了砂型/芯梯度紧实柔性挤压近成形。 复杂铸件形性精确调控的数字化多材质复合成形技术与装备 本研究针对传统单一铸型对结构复杂、壁厚差异大、铸件形性调控难、尺寸精度差等难题，提出了多材质复合铸型技术及与铸件相匹配的多材质复合铸型及其坎合组装方法，通过建立多材质复合铸型与高性能铸件一体化精确铸造成形的计算分析模型，构建了多材质复合铸型的调控原理与方法。揭示了多材质复合铸型对铸件温度场、微观组织及力学性能的影响规律，研制出石英砂、宝珠砂、铬铁矿砂等构成的形性可控铸型材料配方，实现了铸型透气性、固化强度、切削性能的协同调控。研究了传统铸型与复合铸型的凝固温度曲线，对比了不同工艺所制铸件的强度，掌握了各铸型单元的热力学参数及型砂种类对铸件性能的影响规律，揭示了金属液与不同铸型间的热力耦合作用机理。 三、创新点及主要技术指标 1.复杂砂型/芯曲面柔性挤压近成形、切削净成形的数字化无模铸造复合成形技术与装备 本研究揭示了砂粒移位、桥连断裂、空穴弥合的砂型/芯切削机理，建立了非均质离散体砂型切削模型，发明了一种切削排砂一体化的无模铸型数字化快速制造方法，实现了高精高效制造，铸件制造周期缩短50%以上，成本降低30%以上。 2.复杂铸件形性精确调控的数字化多材质复合成形技术与装备 本研究实现了对铸件充型凝固过程的精确调控，提高了复杂铸件内在质量与外在精度，实现了铸件性能主动精确调控，使铸件废品率从5%～10%降至2%～4%，减重10%～20%。 四、知识产权及获奖（成果基础） 知识产权情况： 成果获授权发明专利46件，其中美日等国际发明专利18件；软件著作权12件；起草制定国家、行业等标准规范14项；出版专著《无模铸造》（机械工业出版社，2017）。成果入选并被列为国家工信部《机械基础件、基础制造工艺、基础材料产业“十二五”规划》（工信部规[2011]509号）中“50项推广应用的先进绿色制造工艺”的首项技术。 获奖情况： 2020年国家科学技术进步奖二等奖； 2018年中国机械工业科学技术奖特等奖； 2017年国家技术发明二等奖； 2016年中国机械工业科学技术奖特等奖； 2016年中国专利金奖； 2014年国家科学技术进步奖一等奖； 2012年北京市科学技术奖一等奖； 2011年国家科学技术进步奖二等奖。 五、成果图片