碳纤维复合材料是由碳纤维与树脂、金属、陶瓷等基体复合制成的纤维增强材料，因其具有重量轻，强度高，耐高低温等优良特点，近年来广泛应用于航空航天、体育休闲、高铁汽车、土木建筑等领域。碳纤维复合材料在质轻高强的同时，还具有优良的耐疲劳性、耐腐蚀性以及比强度高导致的优良施工性能等，使得它在对于材料性能有着特殊要求的海洋领域的应用前景同样不可小觑。近年来，北京化工大学碳纤维复合材料在船舶制造、海上能源开发、海洋工程修复等领域不断探索新技术。 在船舶上的应用 相比于传统的造船材料，碳纤维复合材料具有天然的优势。首先，碳纤维复合材料具有良好的机械性能。用其制造船体，具有质轻低油耗的特性，而且建造工艺相对简单、周期短、成型方便，因此施工和维护费用远低于钢制船舶。同时由于碳纤维与树脂基体的界面能有效的阻止裂纹扩展，故材料具有良好的耐疲劳性能；此外，由于碳纤维表面的化学惰性，船体具有水生物难以附生，耐腐蚀的特性，这也是船舶建造选材非常重要的因素之一。 碳纤维复合材料具有良好的声、磁、电性能：透波、透声性好，无磁性，因此可以用于提高军舰的隐身性能。在舰船的上层建筑中使用复合材料不仅可以减轻船体的重量，而且通过在夹层中嵌入有滤波功能的频率选择层，就可以在预定的频率下发射和接受电磁波，从而屏蔽敌方的雷达电磁波。各种天线和有关设备都统一组合装备在该结构内，不易被腐蚀，更有利于设备的保养。研制出类似的封闭综合传感器桅杆，这种桅杆是由纳米技术制造的玻璃纤维与碳纤维复合后作为增强体而制成。它可以让各种雷达波束和通信信号相互之间不受干扰地通过，并且损耗极低。碳纤维复合材料还可应用在舰船的其他方面。例如，在推进系统上可用作螺旋桨［和推进轴系，减轻船体的振动效应和噪声，多用于侦察舰和快速巡航舰。在机械和装备上可用作方向舵，某些特殊的机械装置和管道系统等。此外，高强度的碳纤维绳索在海军军舰的缆绳和其他军用物品上也有较为广泛的应用。 民用游艇大型游艇一般为私人所有，价格昂贵，要求质量轻，强度高，耐用性好。碳纤维复合材料可以应用于游艇的仪器表盘和天线，方向舵以及甲板、船舱、船舱壁等增强结构中。传统的复合材料游艇主要由玻璃钢制成，但是由于刚度不足，满足刚度设计要求后往往船体过重，而且玻璃纤维是致癌物质，国外逐步禁用。如今的复合材料游艇中碳纤维复合材料的使用比例大大增加，有的甚至全部采用碳纤维复合材料。例如超级游艇“巴拿马”号双桅船，船身和甲板采用了以碳纤维／环氧树脂为蒙皮。乙烯酯树脂夹层复合材料，pvc泡沫和碳纤维复合材料，桅杆吊杆均是定制的碳纤维复合材料，只有部分的船身使用了玻璃钢。空载重量仅有45t。速度快，油耗低，性能卓越。 在海洋能源开发上的应用 海底油气田近年来，碳纤维复合材料在海洋油气开发领域的应用越来越广泛。海洋环境下的腐蚀，高压，水底暗流流动带来的强剪切作用对材料的耐腐蚀性，强度和疲劳性能提出了严格的要求。碳纤维复合材料在海洋油田开发中有着明显的质轻、耐久、抗蚀方面的优势：一个1500m水深的钻井平台，其钢制系缆的质量就达6500t左右，而碳纤维复合材料密度是普通钢材的1/4，若使用碳纤维复合材料取代部分钢材将显著减少钻井平台的载重负荷，节省平台的建造成本；抽油杆的往复运动，由于管外海水压力与管内压力不平衡极易引发材料的疲劳断裂，而用碳纤维复合材料即可解决这一问题；由于海水环境耐腐蚀，其在海水中使用寿命比钢材要长，且使用深度更深。碳纤维复合材料可以用作油田钻井平台中的生产井管、抽油杆、储藏槽、海底输油管、甲板等部件。制造工艺分为拉挤成型工艺和湿法缠绕工艺。拉挤成型法一般用在普通管材和连接管上。缠绕法一般用作储槽和压力容器的表面，也可用在各向异性的柔性管道之中，其中碳纤维复合材料以特定的角度缠绕排列在铠装层之中。碳纤维复合材料的连续抽油杆是一种类似胶片的带状结构，柔韧性很好。使用碳纤维抽油杆能明显提高出油量，减少电机的载荷，相比之下更节能。而且碳纤维复合材料抽油杆比钢制抽油杆更耐疲劳，抗腐蚀性能更好，更适合应用在海底油田的开发中。 海上风电资源丰富，是未来发展的重要领域，也是风电技术最先进、要求最高的领域。我国海岸线约1800km，岛屿6000多个，东南沿海及岛屿地区风力资源丰富且易于开发。近年来大力促进海上风电能源的开发已经得到了有关部门的支持。风力发电叶片90%以上重量由复合材料组成。海上风力大，发电功率大，势必要求更大的叶片和更优良的比强度和耐久度。显然，碳纤维复合材料能够满足开发大型化、轻量化、高性能、低成本的发电叶片的要求，和玻璃纤维复合材料相比更适合应用于海洋领域。碳纤维复合材料在海洋风力发电中具有显著的优势。碳纤维复合材料叶片质量低，刚度大，模量是玻璃纤维制品的3~8倍；海洋环境下湿度大，气候多变，且风机24h工作。叶片耐疲劳性较好，能较好的抵御恶劣的天气；改善了叶片的空气动力学性能，减少对塔和轮轴的负载，从而使风机的输出功率更平滑更均衡，提高能量效率；利用碳纤维的导电性能，通过特殊的结构设计，可有效地避免雷击对叶片造成的损伤；降低风力机叶片的制造和运输成本；具有振动阻尼特性等。 碳纤维复合材料用于海洋工程建筑，主要利用其轻质高强耐腐的特性，以筋索材及结构件的形式，替代传统钢筋建材，解决海水侵蚀钢筋、运输路途遥远运输成本高的问题。已应用于海上岛礁建筑、码头、浮动平台、灯塔塔架等。

利用赤泥和粉煤灰以及煤矸石等为主要原料，制备出用于废水和废气治理的吸附材料，多次循环使用之后经过一定的处理可以用于混凝土骨料继续使用。赤泥用量在50％～60％，粉煤灰用量为20～30％，烧结温度范围为1100℃～1125℃左右，可以获得符合要求的多孔吸附材料产品。制品的颗粒抗压强度可以达到8MPa以上，吸水率在40％左右。应用于工业废气和废水的治理。可以部分替代活性炭，降低成本，达到“以废治废”的目的。

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。

本项目所研究的超大直径难变形环件主要应用于大型机械、船舶、石 油化工、航空航天、原子能、核能等国家重大装备制造行业。在航空航天领域, 环形件是发动机及火箭的关键零件，广泛应用在航空发动机的压气机机匣、涡 轮机匣、结合环、安装边、封严环、新一代大型运载火箭储箱结构框等重要部 位。随着国家航空航天、原子能、核电能等的发展需要，对环件尺寸要求越来 越大，精度、强度、刚度方面的要求也越来越高。因此超大直径难变形材料环 件的研究对于提升我国重大装备制造行业有着至关重要的意义，主要表现在以下 几个方面： 1） 超大直径难变形环件的辗压成形工艺可显著降低环件产品内部的残余 应力水平，以满足后续机械加工的要求。结束了我国不能生产超大规格难变形 材料巨型环件的历史，对发展我国航天科技工业具有重要的意义； 2） 本项目的研究成果可以解决我国大飞机项目中发动机关键零部件的生 产，保证我国大飞机项目的顺利实施； 3） 本项目所展开的超大直径难变形环件的研究可以保证满足原子能等部 门对大型环的需要，结束我国对国外相关技术的依赖，对国家安全与经济社会 发展具有全面而长远的意义； 4） 超大直径难变形环件的生产，可以满足核电反应堆容器环件的要求， 解决核能发展的瓶颈问题，有效改善我国的能源供应结构，有利于保障国家能 源安全和经济安全。

氟气是一种重要的含氟资源。由电解氟化氢制备。在工业上有非常重要的用途。 已完成 氟气制备多种含氟化学品和氟化试剂的制备研究，几个产品已应用于生产中。本项目成本底， 门槛高，安全系数高，完全环保，利润空间大，产品市场大。

本项目研制的高聚物色谱材料具有硅胶基质色谱材料所无法达到的化学稳定性，且有多项功能化专利技术作支撑，在生物药物、天然药物及多种有机物的检测、分离纯化方面有许多独到之处。该材料和技术可帮助制药企业提高药品纯度，去除一些过敏源杂质，减少医药事故的出现，达到用药安全，乃至生产“安全”。  由于粒径小而均匀，耐高压，可高效能的对药物进行检测分离纯化。该高性能色谱材料的合成与功能化，为国内色谱领域填补了空白。目前全世界仅有美国、日本的5-6家公司有能力生产。  该技术在国内、国外均处于领先水平，有专利技术和独特的高性能色谱材料作支撑。  高性能色谱材料可批量生产，利巴韦林、土霉素、多烯环素、甘油果糖、头孢类等药物的检测应用开发已获成功，其它药物、食品检测的应用开发在进行中。

含油废水是一种量大而且面广的污染源，其排放量居各类工业废水之首。含油废水的来源很广，其中主要有油田开采泄露原油、石油工业的炼油厂含油废水、铁路机务段的洗油罐含油废水、轧钢废水和金属清洗液、拆船厂的油货轮含油废水、油轮压舱水、洗舱水、机械切削加工的乳化油废水、以及餐饮业、食品加工业、洗车业排放的含油废水等。随着人们生活水平的提高，对环境的要求日益提高，含油废水的处理越来越受重视，成为现代社会待解决的重要课题之一。

耐磨材料是工业领域破碎和研磨设备中不可或缺的重要消耗性部件材料，2006年全国消耗在摩擦、磨损和润滑方面的资金为9500亿元，而且由于磨损所造成的备件消耗费和设备维修费分别达283亿元和406亿元（2009年中国工程院咨询研究报告）。耐磨材料的服役工况越来越严酷，大型、高效破碎设备要求耐磨材料能承受强冲击和高应力，并能安全、长期服役,针对上述问题，进行了多年深入系统地研究，发现耐磨材料微观组相的磨损机理与磨损工况的内在联系，并揭示了铸造耐磨材料的强韧化是显著提高其耐磨性的有效途径，发明了针对强冲击磨损工况的具有双阴影抗磨效应的铁基表面复合材料结构、制备与铸造成形的一体化技术，发明了通过微量原子置换部分Fe原子的铸造耐磨材料硬质相韧化技术，解决了磨损过程中硬质相强韧性不足而导致耐磨性降低的难题，充分发挥了硬质相的抗磨作用，显著提高了铸造耐磨材料的耐磨性与强韧性。利用上述关键技术发明，与十余家知名耐磨材料企业合作，开发了系列高强韧铁基复合材料、铁基高硼合金以及Fe-C合金的典型铸造耐磨材料产品，实现了规模化生产，产品已通过国家权威部门检测，其强韧性、耐磨性和使用寿命超过国内外同类产品的先进水平。 本项目申请发明专利18项，已授权12项，已广泛应用于相关工业领域，已新增产值10.39亿元，新增利税3.06亿元（近3年为1.94亿元），出口创汇110万美元，具有广阔的应用前景，推动了铸造耐磨材料相关理论和技术研究的进步。获2009年度教育部技术发明一等奖,2010年国家技术发明二等奖。采用本成果的生产企业预计2011年新增产值2.6亿，新增利税6000多万元。

汽车轻量化是国家和汽车企业的主要发展战略，已经上升为国家战略重点 支持项目，规模应用复合材料实现减重是企业重要战略之一，在保证汽车的强 度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的空车重量，从而提高汽车的动力 性，可减少燃料消耗，降低排气污染。统计显示，汽车一般部件重量每减轻 1%， 可节油 1%；运动部件每减轻 1%，可节油 2%。国外汽车自身质量同过去相比， 已减轻 20%—26%。预计在未来的 10 年内，轿车自身的重量还将继续减轻 20%。 而纤维复合材料等轻量化材料的开发与应用，在汽车的轻量化过程中发挥着重 大作用。

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。