开发了碳纳米管预分散和预处理新技术；采用创新的碳纳米管 / 金属颗粒前驱体制备工艺制备出大尺寸碳纳米管增强镁基复合材料及其锻件和挤压件。复合材料的屈服强度达到 300MPa 以上，刚度超过45GPa，可满足乘用车对轻质、高强镁材料的需求，也可在航空航天、轨道交通等领域中的次承力结构部件中得到应用。

研究了纤维增强复合材料保温板性能影响因素，确定能满足 A 级防火要求的纤维增强复合材料保温板的制备配合比。采用此质量配合比制备的纤维增强复合材料保温板可以达到相当好的性能效果；制备工艺简单易行，操作方便。

针对海洋装备需求，开发出用一系列耐海水腐蚀且轻质高强的高性能树脂基复合材料推进器；成功解决了多页数、大侧斜以及桨叶交叠等难题，突破了复合材料推进器的结构设计、模具设计与成型加工等关键技术。    成功制备了树脂基复合材料单浆、对转桨、导管浆、泵喷射推进器以及组合式推进器等，极大地提高了推进器的耐海水腐蚀性能，有效地降低了重量。

卫星在轨运行和返回过程中需经历极端高低温环境，构件尺寸的稳定是保证卫星在轨高精度、返回高安全、任务高可靠的关键。针对卫星搭载的某宽带微波载荷与卫星本体材料之间热膨胀系数不匹配极易导致的载荷在轨及返回过程中载荷接收精度不稳定、信息传输不连续等问题。我校陈骏教授团队以原创的负热膨胀技术研发了具有轻质、热膨胀系数低、力学性能优异、尺寸稳定性好的高性能低膨胀铝基复合材料，并研制了系列关键连接内置件、环件等高性能低膨胀构件，首次将负热膨胀技术应用到我国的卫星上，填补了高性能低膨胀金属构件在工程应用领域的空白。该技术使得某宽带微波载荷与卫星本体之间热膨胀匹配性增强、界面应力大幅度减小，保证了卫星在轨与返回过程中信号高精度传输与接收，助力卫星成功返回。 图1 实践十九号卫星成功返回（图片来源国家航天局） 图2 高性能低膨胀铝基复合材料及构件应用于全球首颗可重复使用返回式技术试验卫星（图片来源央视新闻频道）

TiC颗粒增强钢基及铁基复合材料适用于在苛刻条件和环境（如：强负荷下的强磨损，高温下的磨料磨损，强腐蚀气氛中的冲蚀等）工作的设备零部件。这种新材料以合金钢为基体，以TiC为增强体，具有常规的金属材料难以比拟的一系列特征：1.耐磨损：在各种试验条件下，它的耐磨损性能远优于与其成分相似但不含TiC的合金钢；2.工艺性能好：尤其是它的热加工（包括锻、轧和热挤压等）性能，优于一般的高合金钢；3.性能的可调性：可以根据使用要求，调整成分，形成不同性能（强度、硬度、塑性及耐磨损性能）配合的材料； 4. 热膨胀系数小：尺寸稳定性好；5.强度高：特别是它的高温强度和抗蠕变性能高于与其成分相似，但不含TiC的合金钢；6.成本低：新材料采用原位合成法应工艺制备。这种工艺方法先进，流程合理，易于实现工业化生产。

本技术利用微喷射粘结3D打印技术将钨粉和非晶合金粉末制成预压坯，将预压坯进行加热抽真空，采用热等静压进行热压成形，制备出钨颗粒体积分数高、非晶合金基体为完全非晶态结构且力学性能好的复合材料。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 非晶合金因其独特的非晶态结构，具有明显优于传统晶态合金的力学、物理和化学性能，如高强度，良好的耐磨性和耐腐蚀性等性能，但是非晶合金最大的的缺陷是缺乏宏观室温塑性，仅表现出极小的塑性变形能力。在非晶合金中添加晶体钨，既能增加材料密度，也可以在非晶基复合材料的塑性变形过程中诱发非晶基体中多剪切带的萌生和扩展，保证相应的非晶基复合材料具有高强度、剪切“自锐性”等特性，同时又增加塑性与韧性，使其应用范围更加广泛。粉末冶金可以突破尺寸和形状限制，相比传统制备方法具有众多有益效果，但是金属钨与非晶合金的密度差异显著，通过直接球磨混粉的方式很难将两种粉末混合均匀。 本技术利用微喷射粘结3D打印技术将钨粉和非晶合金粉末制成预压坯，将预压坯进行加热抽真空，采用热等静压进行热压成形，制备出钨颗粒体积分数高、非晶合金基体为完全非晶态结构且力学性能好的复合材料。项目旨在得到一种大尺寸、外加高含量且能均匀分布的小颗粒韧性相非晶基复合材料的制备方法。对于制备粉末密度差异大的其他复合材料同样具有重要的指导意义。

氯化聚氯乙烯 (CPVC) 是聚氯乙烯(PVC)经氯化制得的一种新型高分子材料，具有比PVC更 加优良的抗腐蚀、耐老化、难燃等性能，是橡胶与塑料的优良改性剂和添加剂。一般PVC的氯 含量为56-59%，CPVC为64-75%，与PVC相比，CPVC树脂具有更优良的使用温度、耐化学稳定 性、耐老化性及阻燃消烟性。CPVC管材使用温度范围广，一般PVC管材最高使用温度不超过 80°C，安全使用温度为60°C，CPVC管材最高使用温度为110°C，在95°C下使用时，可保持足 够的机械强度，特别适用于输送热水、热化学溶液。国内PVC的产能过剩，开发CPVC项目可 以解决PVC的产能过剩问题，解决氯气产能过剩的问题，提高附加值，对氯碱工业有巨大的促 进作用。目前大部分企业采用水相悬浮法制备CPVC，存在的最大的问题是氯化不均匀，如何 提高氯化的均匀度成为当务之急。本技术采用专有技术对PVC树脂进行氯化，不仅氯化均匀度 高，而且对PVC树脂的型号适应性强。

成果与项目的背景及主要用途： 吸波材料即雷达吸波材料（RAM），是指能够吸收衰减入射的电磁波，并 将其电磁能转换成热能而消耗掉或使电磁波因干涉而消失的一类材料。目前，随 着电磁波污染的日益严重，吸波材料在民用领域具有极大的发展潜力。许多研究 已证明，持续、高强度的电磁波照射会诱发细胞变异、诱发肿瘤、癌症等疾病， 电磁波污染已成为世界各国本世纪重点治理的环境污染之一。不让电子设备发射 电磁波是不可能的，所以消除电磁波污染最有效的办法就是使用吸波材料。这项 属于电磁干扰（EMI）范畴的研究已在世界各国得到广泛重视和应用。 技术原理与工艺流程简介： 107天津大学科技成果选编 本项目研究制备含有不同含量及分布的碳纤维(毡)树脂基复合吸波材料，主 要研究碳纤维(毡)排布方式、含量对于材料吸波性能的影响，通过调整参数，实 现材料对电磁波的宽频吸收、高效吸收、选择吸收的目的；其次，通过对纤维(毡) 表面改性、添加电磁损耗剂、改变基体种类等制备具有刚性和柔性基体吸波材料， 同时对吸波机理进行研究，以求开发一种低成本、宽频、高效、轻质的吸波材料。 试样的制备采用复合材料成型工艺压缩模塑。将环氧树脂与低分子量聚酰胺 按质量比 2：1 搅拌均匀（E-44 型环氧树脂：低分子量聚酰胺树脂=100：50～100： 100 质量比），在真空干燥箱中脱泡，然后浇注到事先预热的半溢式模具中，模 具中预置碳纤维或碳毡。在透波层表面加一层 S-玻璃布，目的是达到与自由空 间的阻抗匹配，在模具底部也加一层玻璃布，目的是抵消由透波层玻璃布引起的 应力，使试样不致弯曲而造成测量误差。然后将浇注好的模具在 60℃，10MPa 的压力下固化 2 个小时，得到所需的 180mm×180mm，厚度为 4mm 的正方标准 试样。 技术水平及专利与获奖情况： 本研究通过两年多的大量实验，获得具有良好吸波性能和商用价值的环境功 能材料。可用于消除环境空间中的有害电磁波。本课题组制备了材料样品，完成 了 4 个专题的研究报告，发表论文 12 篇，申请专利两项。本研究已达到国际先 进水平。 应用前景分析及效益预测： 随着电信业的飞速发展，吸波材料的应用已深入到通讯抗干扰、环保及人体 防护等诸多领域。 成本估算： 环氧树脂/碳纤维复合吸波材料 E-44 环氧树脂：15.4 元/公斤，低分子量聚酰胺树脂：24 元/公斤。 碳纤维：300 元/公斤 每块试样用碳纤维：0.36 克 其他费用：电费，模具费，人工费 每块试样成本：约 4 元（180×180mm） 折合成本：约 120 元/平方米 108天津大学科技成果选编 109 应用领域：电磁波污染的防护，构筑微波暗室。 2、 连续碳纳米管纤维 成果与项目的背景及主要用途： 碳纳米管被誉为超级纤维，是 21 世纪的基础材料，具有优异的物理化学性 质，其密度只有钢的六分之一，强度超过钢 100 倍，具有高导电导热性，导热性 是铜的 5-8 倍，在高性能复合材料，能源电极，电场发射等多方面有重要的应用 前景，世界各国和大公司都争先投入抢占碳纳米管市场，近年来产业发展迅猛。 连续碳纳米管纤维是无数碳纳米管构成的长纱线，轻于碳纤维，有高柔性， 具有碳纳米管所有结构和功能特性，可编织和成型，较碳纳米管更接近应用，在 制备高性能复合材料方面，极具潜力，可用于宇航、汽车用高性能复合材料、风 力发电叶片、导电导热材料、电力传输电缆、高强编织物，智能纺织和柔性光电 器件等。 基于天津大学的气相法制备连续碳纳米管纤维技术，研发碳纳米管纤维量产 化技术，制备万米连续碳纳米管纤维材料, 研发碳纳米纤维复合材料和相关新材 料，在国内率先推出碳纳米纤维新产品，主导国内市场，开拓国际市场。 技术原理与工艺流程简介： 本方法是一步制备连续碳管纤维的方法，具有工业化应用前景。2010 年天 津大学技术团队取得关键制备技术的突破，纺出千米连续的碳纳米管纤维，为产 业化提供了基础。 气相纺丝法是以含碳原理和催化剂输入到高温炉中，在气流中生长碳纳米管 并组装成丝，用机械的方法纺出碳纳米管纤维的新方法。主要成果包括发明了乙 醇/丙酮混合碳源，发明了水密封反应器和致密碳管纤维的纺丝方法。目前已经 取得连续纺丝数小时数千米连续碳管纤维，在方法、技术和材料性能方面处于国 际领先水平。 应用前景分析及效益预测： 碳纳米管的价格范围较大 2-20000 元/克，价格取决于碳管种类和纯度，有 些容易合成，有些受制备限制，尚未量产化。目前市场上多壁管 2000 元/公斤，天津大学科技成果选编 高纯碳管价格十倍以上。高纯单壁碳管尚未量产，目前仍以克量计，纯度 80% 的单壁管价格为 60 美元/克，高纯（>90%）单壁管在 1000-2000 美元/克以上。 连续碳管纤维为双壁管，纯度 90%，短期可参考单壁管价格 60-2000 美元/克。 应用领域： 高性能复合材料、导电导热材料、储能材料、功能电子和织物，产业领域航 空航天、能源、环境、化工和纺织等。 合作方式及条件： 技术合作与专利转让 与国际知名企业和研究单位建立合作,引领碳纳米管纤维新产业的发展

北航针对复合材料结构制造低成本化和数字化的发展需求，在多项国家重大研究项目的支持下，对热压工艺和液体成型工艺的固化成型基础理论、制造缺陷形成机理与控制方法、工艺过程数值模拟与优化技术、材料工艺特性测试表征方法与工艺特性数据库等方面进行了系统深入的研究，在复合材料制造过程数字化技术上填补了多项国内外空白。 已建立先进树脂基复合材料制造模拟与优化技术及相应的软件，用于先进复合材料制造过程的分析、缺陷预测和工艺参数的优化，适用于各种结构形式和制造方法，可明显提高产品质量，降低制造成本，缩短研制周期，提高材料的利用率，对促进复合材料用量和应用水平的提高具有非常重要的意义，在航空航天、风电叶片、汽车等领域具有广泛的应用前景。 研究成果已在多家航空航天研究院所及主机厂的工程实际中得以应用，如雷达罩、防热套、波形梁、飞机鸭翼梁以及直升机起落架等，取得了良好的效果，显著缩短了制造周期、降低了制造成本、提高了产品合格率。 相关成果在2009年获得了国防科技进步一等奖和国家科技进步二等奖，并获批国家发明专利5项。