填芯管材是东北大学开发的专利技术，其特点是用价格低廉的材料充填到钢管中，用于替代普通结构钢管和实心钢棒、钢筋，实现节能减排。节材效果可达40%以上，5.5mm实心钢棒与6mm填芯管材力学性能对比数据如下表： 从表中可见，填芯管材的节能减排、节材减重、改善性能的优势十分明显。 填芯管材实质上是一种钢与人造石材的新型复合材料，可广泛用于建筑环筋，围栏钢筋，结构钢管，脚手架，立柱等，应用前景广阔，节能节材效果明显。填芯管材也是一种资源得到合理利用、有利于可持续发展的生态材料。它可使用高炉渣等固体废弃物作为填芯料，既解决了废弃物的处理问题，也解决了填芯料的来源问题，变废为宝，效果显著。 目前东北大学是世界上唯一制作出填芯管材的单位，其研究水平在国际上领先。东北大学填芯管材课题组，率先提出利用填芯管材来实现节能减排的概念，并且开展了系列实验和理论研究。利用室温辊弯、拉弯、轧制和拉拔，制备出了从4mm-40mm不同规格的系列填芯管材、填芯线材产品，对其力学性能进行了测试，获得了填芯管材与普通管材在压杆稳定、测压变形、三点弯曲、冷弯成形等条件下的性能参数比较，掌握了大量技术数据，并申报3项发明专利。 所制备出的样件受到同行的关注，目前世界上还没有一条能够批量供货的生产线，该项目具有原始创新的性质，同时也具有初次尝试的风险性，技术提供方会努力把技术风险降到最低。

先采用激光成型机加工出模具的预孔；然后用电火花线切割机床切割出模具的定径区、压缩区、倒锥区；最后用自主研发的卧式超声研磨抛光机对模具的各个区域进行研磨和抛光加工。采用该技术为美国、日本客户开发了许多新品拉丝模。下图分别是美国客户主持研发的大孔径(f22.911mm)人造金刚石管材拉拔模具和自主研发大孔径人造金刚石钢管拉拔模具卧式超声波加工机床。 直径为f22.911mm的大孔径人造金刚石管材拉拔模具自主研发大孔径人造金刚石钢管拉拔模具卧式超声波加工机床 目前，大孔径人造金刚石特殊钢管材拉拔模具技术已经成熟，并已经小批量生产。 该项目实施后，可以大大缩短大孔径人造金刚石拉拔模具的生产周期，为企业创造客观的经济效益和社会效益。   应用范围： 该项目涉及的产品主要用于拉拔各种高精度特殊钢钢管，通过改变拉拔模具压缩区角度的大小，亦可应用于拉拔铜管和铝管等有色金属管，可以大大提高模具的使用寿命和品的精度。   市场前景： 目前国内外使用的管材拉拔模具大都采用硬质合金拉拔模，其原因是传统的人造金刚石拉管模的加工方法成本高，加工周期长，致使许多厂家望而却步，本项目经过技术研发后形成了一套低成本、效率高的制造工艺，大大缩短了产品的加工周期，降低了生产成本，市场前景十分广阔。   预期效果： 10万吨/年的特殊钢产量在国内属于中等规模的企业。按特殊钢钢管年产10万吨计算，假如钢管的外径为10mm，那么人造金刚石拉拔模的价格约为5000元，一般情况下，每只拉拔模具可以拉拔20吨特殊钢钢管，那么拉拔模具的产值将达到2500万元。因此，该项目的实施具有巨大的经济效益。  

项目成果/简介:本课题组自主开发了纳米氧化物制备工艺，结合共沸蒸馏和膜处理技术，获得晶粒度在10~20 nm的氧化物陶瓷粉末，最高耐热温度1400℃以上。该项制备技术于2004年获得国家发明专利（专利号ZL01128448.X）。2001年10月，“纳米氧化锆粉体制备”项目通过了湖北省科学技术厅主持的科技成果鉴定（证书编号：鄂科鉴字[2001]第2172380号），鉴定委员会认为：纳米氧化锆粉体制备工艺属于国内外首创，由该工艺生产的纳米氧化锆粉体的质量达到国际领先水平。2002年9月，“纳米氧化锆粉体制备技术”项目列入“十五”湖北省科技攻关计划重大项目：“纳米材料的应用研究与开发”项目。2003年4月，“纳米氧化锆粉体”项目列入国家重点新产品。截止目前，共授权相关领域发明专利26项，系列成果3次获得湖北省技术发明奖。该系列技术专利权在中国地质大学（武汉），已经完成耐高温隔热粉体和涂层的中试验证，技术成熟度高。在进行纳米氧化锆粉体研发工作的同时，还自主研发了二次造粒方法制备纳米氧化锆球形团聚体，试制出适用于热喷涂工艺要求的、具有纳米结构的氧化锆微米级氧化锆喷涂粉末，该粉末可以用于等离子喷涂等相关工艺。课题组研发的纳米氧化锆材料开始在我国航空发动机和燃气轮机热震涂层等领域进行初步试验。目前，纳米氧化锆材料已经经过了**发动机FWS**、舰船动力GT**、地面发电燃气轮机QD70A、QD128 燃气轮机、XX14、XX20 等型号的实际考核、验证，并在空军第三代X10、X11 等型号飞机上成功应用。与北京钢铁研究总院合作，将纳米氧化锆团聚体材料，应用于烟燃气轮机纳米涂层技术及应用，开发出了烟、燃气轮机热端部件纳米ZrO2热障涂层，该涂层具有优良的结合强度、隔热、抗热震性能，已成功应用于PG6541燃气轮机和YL14000A烟气轮机热端部件的实际应用，使用寿命较传统ZrO2涂层提高3倍以上。与贵州***公司合作，将纳米氧化锆材料粉末作为涡轮叶片热障涂层陶瓷面层，经入厂复验检查符合技术标准要求，经生产试验与后期使用考核。在 2011年通过中航工业相关单位组织的评审，并被制定为**系列发动机和**发动机热障涂层陶瓷面层粉末原料提供单位。F***系列发动机是我国自主研发空军第三代系列飞机的重要动力，目前已定形、并批量装备部队使用。解放军第***工厂承担F***系列发动机维修任务。中国人民解放军***工厂在进行已使用300小时寿命F***发动机的维修任务过程中。我们还开发了氧化锆靶材、高熵氧化锆、高熵稀土锆酸盐等，相关技术已经完成了中试。知识产权类型:发明专利技术先进程度:达到国际先进水平成果获得方式:独立研究获得政府支持情况:国家级计划/专项类别:科技创新重大专项获得经费:600.00万元自筹资金:500.00万元自筹资金来源:企业

项目成果/简介:该项目是基于固废为原料的高性能隔热保温材料，包括稻壳硅，赤泥，石膏等。以及污水处理回收后的COD有机物，花生壳等农业固废基于特色低温烧结技术制备的高性能隔热保温材料。优势是成本低，制造工艺简单，可做成板材，涂料及异性件等。解决固废的高附加值利用问题，具有很好的社会经济效益。产品优势：1） 成本低采用特殊烧结技术，烧结温度低于1000度，比普通的隔热材料烧结温度低400度以上，并采用廉价的造孔剂如COD污水回收有机物等作为造孔剂，制造过程简单。2）使用温度范围宽 使用温度超过1300度，主要成分氧化硅，氧化铝，氧化锆，等高温耐热材料，也可石膏，赤泥，稻壳或复合成分，耐热度高。3）强度高，机械力学性能好，制造工艺简单 可以作为毡，板，或各类异性件，成型工艺简单，不需压力成型烧结，材料的烧结强度高，不易破碎。可以作为建筑外墙隔热，窑炉隔热，钢铁冶炼，农业等。图1 低温烧结的硅基致密陶瓷4）隔热性能好 以回收污水有机物作为造孔剂，原位矿化原理合成纳米材料，闭孔气孔率高，隔热性能好。也可直接利用稻壳中的有机固废成分造孔。 图2 稻壳硅基隔热保温材料显微结构项目阶段:项目进展：用于速热陶瓷及金属的隔热保温材料，投产阶段项目目前基于稻壳硅等固废开发了耐热1400度以上的隔热保温材料，用于不锈钢MCH速热电炼炉隔热保温材料立项投产阶段。同时适合用于石墨烯零秒速热陶瓷农业地温恒温系统的隔热保温，及道路化雪材料的底板隔热保温用途。知识产权类型:发明专利技术成熟度:可以量产技术先进程度:达到国际先进水平成果获得方式:独立研究获得政府支持情况:无

一、系统深入研究了作为纳米场发射冷阴极的发射材料——纳米氧化锌阵列和碳纳米管的制备工艺。通过工艺优化，采用水热合成法和化学气相沉积法分别制备出形态可控、尺寸满足合同要求且适合作为场发射冷阴极的纳米氧化锌阵列和碳纳米管。 二、在场发射冷阴极材料可控制备条件下，采用水热合成法制备出直径为50mm的氧化锌纳米场发射冷阴极，采用化学气相沉积法和丝网印刷/涂敷法分别制备出直径为50mm的碳纳米管场发射冷阴极。各类纳米场发射冷阴极的形态指标均满足合同要求。 三、在线性感应加速器的脉冲电场条件下，现场测试了纳米氧化锌阵列和碳纳米管场发射冷阴极的发射性能，其中氧化锌纳米棒阵列阴极、碳纳米管阵列阴极、涂覆法制备的碳纳米管阴极的最高发射电流密度分别达到132.42A/cm2、176.73A/cm2、343.77A/cm2。各类纳米场发射冷阴极的发射性能均优于合同指标。根据用户报告，纳米场发射冷阴极的寿命达到合同要求。 四、发现了氧化锌和碳纳米管场发射冷阴极的不同强流发射特性，建立了纳米场发射冷阴极的高压脉冲发射模型，提出了纳米场致发射冷阴极在高压脉冲电场条件下存在场致发射和场致等离子体发射两种电子发射的强流发射机理。该理论模型和发射机理具有创新性。综上所述，本项目全面完成了合同中研究工作的内容，各项性能指标达到了项目合同要求，满足了线性感应加速器的使用。经查新检索及该研究中基础理论部分发表的论文表明，本项目首次将氧化锌阴极作为强流电子束源使用在线性感应加速器上，且使碳纳米管阴极应用在加速器上得到的发射电流密度超过目前国内外报道的最高值。专家组一致认为，研究水平达到国际领先水平。

该项目是基于固废为原料的高性能隔热保温材料，包括稻壳硅，赤泥，石膏等。以及污水处理回收后的COD有机物，花生壳等农业固废基于特色低温烧结技术制备的高性能隔热保温材料。 优势是成本低，制造工艺简单，可做成板材，涂料及异性件等。解决固废的高附加值利用问题，具有很好的社会经济效益。 产品优势： 1） 成本低 采用特殊烧结技术，烧结温度低于1000度，比普通的隔热材料烧结温度低400度以上，并采用廉价的造孔剂如COD污水回收有机物等作为造孔剂，制造过程简单。 2）使用温度范围宽  使用温度超过1300度，主要成分氧化硅，氧化铝，氧化锆，等高温耐热材料，也可石膏，赤泥，稻壳或复合成分，耐热度高。 3）强度高，机械力学性能好，制造工艺简单  可以作为毡，板，或各类异性件，成型工艺简单，不需压力成型烧结，材料的烧结强度高，不易破碎。可以作为建筑外墙隔热，窑炉隔热，钢铁冶炼，农业等。 图1  低温烧结的硅基致密陶瓷 4）隔热性能好  以回收污水有机物作为造孔剂，原位矿化原理合成纳米材料，闭孔气孔率高，隔热性能好。也可直接利用稻壳中的有机固废成分造孔。  图2   稻壳硅基隔热保温材料显微结构

本课题组自主开发了纳米氧化物制备工艺，结合共沸蒸馏和膜处理技术，获得晶粒度在10~20 nm的氧化物陶瓷粉末，最高耐热温度1400℃以上。该项制备技术于2004年获得国家发明专利（专利号ZL01128448.X）。2001年10月，“纳米氧化锆粉体制备”项目通过了湖北省科学技术厅主持的科技成果鉴定（证书编号：鄂科鉴字[2001]第2172380号），鉴定委员会认为：纳米氧化锆粉体制备工艺属于国内外首创，由该工艺生产的纳米氧化锆粉体的质量达到国际领先水平。2002年9月，“纳米氧化锆粉体制备技术”项目列入“十五”湖北省科技攻关计划重大项目：“纳米材料的应用研究与开发”项目。2003年4月，“纳米氧化锆粉体”项目列入国家重点新产品。截止目前，共授权相关领域发明专利26项，系列成果3次获得湖北省技术发明奖。该系列技术专利权在中国地质大学（武汉），已经完成耐高温隔热粉体和涂层的中试验证，技术成熟度高。 在进行纳米氧化锆粉体研发工作的同时，还自主研发了二次造粒方法制备纳米氧化锆球形团聚体，试制出适用于热喷涂工艺要求的、具有纳米结构的氧化锆微米级氧化锆喷涂粉末，该粉末可以用于等离子喷涂等相关工艺。 课题组研发的纳米氧化锆材料开始在我国航空发动机和燃气轮机热震涂层等领域进行初步试验。目前，纳米氧化锆材料已经经过了**发动机FWS**、舰船动力GT**、地面发电燃气轮机QD70A、QD128 燃气轮机、XX14、XX20 等型号的实际考核、验证，并在空军第三代X10、X11 等型号飞机上成功应用。 与北京钢铁研究总院合作，将纳米氧化锆团聚体材料，应用于烟燃气轮机纳米涂层技术及应用，开发出了烟、燃气轮机热端部件纳米ZrO2热障涂层，该涂层具有优良的结合强度、隔热、抗热震性能，已成功应用于PG6541燃气轮机和YL14000A烟气轮机热端部件的实际应用，使用寿命较传统ZrO2涂层提高3倍以上。 与贵州***公司合作，将纳米氧化锆材料粉末作为涡轮叶片热障涂层陶瓷面层，经入厂复验检查符合技术标准要求，经生产试验与后期使用考核。在 2011年通过中航工业相关单位组织的评审，并被制定为**系列发动机和**发动机热障涂层陶瓷面层粉末原料提供单位。 F***系列发动机是我国自主研发空军第三代系列飞机的重要动力，目前已定形、并批量装备部队使用。解放军第***工厂承担F***系列发动机维修任务。中国人民解放军***工厂在进行已使用300小时寿命F***发动机的维修任务过程中。 我们还开发了氧化锆靶材、高熵氧化锆、高熵稀土锆酸盐等，相关技术已经完成了中试。

碳纳米管具有优异的综合性能，必将促进科学与经济的进步。研究碳纳米管规模化生产制备技术与工艺创新，开发节能高效“环路”循环流化床碳纳米管规模化生产装备与生产工艺；研究碳纳米管改性技术，开发出工质相变的新型碳纳米管气相分散设备与工艺；研究碳纳米管与基体复合技术，发展气相分散碳纳米管增强碳纤维复材界面技术，创制纳米增强碳纤维的智能一体化装备研究。获得山东省科技进步奖二等奖1项，研究团队获批泰山学者特聘专家及山东省高等学校优秀青年创新团队。

首次将载能离子束与摩擦纳米材料相结合，并成功地获得了超强正电性起电材料。在这项研究中，利用离子辐照技术，通过核能损和电子能损等能量传输来改变材料的分子结构。离子注入产生的弹性和非弹性碰撞会导致聚合物中大分子的能量达到化学键能垒，使相应化学键断裂，化学键断裂产生的大量自由基与断键再结合，重新排列形成新的化学键和新的官能团，从而大幅度提高材料的起电性能。