项目简介针对热浸镀、压铸铝、石化等行业的技术需求，发明了高性能复相碳化硅陶瓷内加热技术和内加热器，与企业合作研发了内加热成套装备。内加热器直接插入金属熔体或腐蚀性介质中加热，显著降低无谓的热损耗，内加热技术较传统外加热技术节能50%以上。从关键材料、核心部件到关键器件和整套装备，共授权国家发明专利18项，形成了技术发明链。相关材料和技术通过了省部级鉴定4项，核心技术达到国际领先水平，产品和装备达到国际先进水平。项目获得2012年度国家技术发明二等奖。产品性能、指标

针对热浸镀、压铸铝、石化等行业的技术需求，发明了高性能复相碳化硅陶瓷内加热技术和内加热器，与企业合作研发了内加热成套装备。内加热器直接插入金属熔体或腐蚀性介质中加热，显著降低无谓的热损耗，内加热技术较传统外加热技术节能50%以上。从关键材料、核心部件到关键器件和整套装备，共授权国家发明专利18项，形成了技术发明链。相关材料和技术通过了省部级鉴定4项，核心技术达到国际领先水平，产品和装备达到国际先进水平。项目获得2012年度国家技术发明二等奖。 本项目的主要特点是加热效率高，节能效果显

本发明公开了一种微向下提拉晶体生长炉，包括自上而下设置的上部绝热层和底部绝热层(13)，底部绝热层(13)内还设置有观察孔(4)，观察孔(4)呈管状，其中心轴线与底部绝热层(13)顶表面的法线的夹角为 45°～60°；内层绝热层、中间绝热层和底部绝热层(13)均由质量比为 1:9 的氧化锆和氧化铝压制煅烧而成。本发明设置的观察窗口能够及时观察晶体生长界面的晶体生长状况；并且，该观察窗口对晶体生长炉的温度场影响小，能够

1. 高压IGBT器件封装绝缘测试系统 针对高压IGBT器件内部承受的正极性重复方波电压以及高温工况，研制了针对高压IGBT器件、芯片及封装绝缘材料绝缘特性的测试系统（如图1所示），可实现电压波形参数、温度和气压的灵活调控，用于研究电压类型（交、直流、重复方波电压）、波形参数、气体种类、气体压力等因素对绝缘特性，具备放电脉冲电流测量、局部放电测量、放电光信号测量、漏电流测量及紫外光子测量等功能（如图2所示），平台相关参数：频率：DC~20kHz，电压：0~20kV，上升沿/下降沿：150ns可调，占空比：1%~99%，温度：25℃~150℃，气压：真空~3个大气压。  2.压接型IGBT器件并联均流实验系统 针对高压大功率压接型IGBT器件内部的芯片间电流均衡问题，研制了针对压接型IGBT器件的多芯片并联均流实验系统（如图3所示），平台具有灵活调节IGBT芯片布局，栅极布线，温度和压力分布的能力，可开展芯片参数、寄生参数以及压力和温度等多物理量对压接型IGBT器件在开通/关断过程芯片-封装支路瞬态电流分布影响规律的研究，以及瞬态电流不均衡调控方法的研究；平台相关参数：电压：0~6.5kV，电流：0~3kA，温度：25℃~150℃，压力：0~50kN。   图3 压接型IGBT多芯片并联均流实验 3.高压大功率IGBT器件可靠性实验系统 随着高压大功率 IGBT 器件容量的进一步提升，对其可靠性考核装备在测量精度、测试效率等方面提出了挑战。针对柔性直流输电用高压大功率 IGBT 器件的测试需求，自主研制了 90 kW /3 000 A 功率循环测试装备和100V/200°C高温栅偏测试装备（如图4所示）。功率循环测试装备可针对柔性直流输电中压接型和焊接式两种不同封装形式的IGBT开展功率循环测试，最多可实现12个IGBT器件的同时测试。电流等级、波形参数、压力均独立可调，功率循环周期为秒级，极限测试能力可达 300 ms，最高压力达220 kN，虚拟结温测量精度达±1°C，导通压降测量精度达±2mV。高温栅偏测试装备可实现漏电流和阈值电压的实时在线监测，最多可实现32个IGBT器件的同时测试。 4. 压接器件内部并联多芯片电流及结温测量方法及实现 高压大功率压接型IGBT器件内部芯片瞬态电流及结温测量是器件多物理量均衡调控及状态监测的基本手段，针对器件内部密闭封装以及密集分布邻近支路引起的干扰问题，提出了PCB罗氏线圈互电感的等效计算方法，实现了任意形状PCB罗氏线圈绕线结构设计，设计了针对器件电流测量的方形PCB罗氏线圈（如图5所示），实现临近芯片电流造成的测量误差小于1%；针对器件内部多芯片并联芯片结温测量，提出了压接型IGBT器件结温分布测量的时序温敏电参数法，通过各芯片栅极的时序单独控制（如图6所示），在各周期分别进行单颗IGBT芯片结温的测量，进而等效获得一个周期内各IGBT芯片的结温分布。在此基础上，完成了集成于高压大功率器件内部的多芯片并联电流测试PCB罗氏线圈以及时序温敏电参数测量驱动板的设计（如图7所示）。 5. 自主研制高压大功率电力电子器件 面向电力系统用高压大功率电力电子器件自主研制的需求，开展了芯片建模与筛选、芯片并联电流均衡调控、封装绝缘特性及电场建模以及器件多物理场调控等方面工作，相关成果支撑了国家电网公司全球能源互联网研究院有限公司3.3kV/1500A、3.3kV/3000A以及4.5kV/3000A硅基IGBT器件的自主研制，并通过柔直换流阀用器件的应用验证实验，同时也支撑了世界首个18kV 压接型SiC IGBT器件的自主研制。

随着物联网技术的不断发展，其能耗管理与供能问题日益突出。收集广泛存在于环境中的低频振动与低品位余热为物联网分布式供能提供了新的可行方案。低频机械能与热能的并向收集是近年来能源领域的研究热点之一。传统的基于压电（piezoelectric）/热释电（pyroelectric）收集振动热源的机械能与余热等静态型换能技术得到了一定关注，其通过耦合高电压输出的摩擦电（triboelectric）换能单元可实现高功率密度输出。

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

项目研究和开发高温滤料系列产品。聚四氟乙烯高温滤料形成了华博特系列纤维滤料产品；芳砜纶过滤产品在耐高温材料的应用占到产品销量的70%以上，有客户已经将芳砜纶定为独立系列的产品。成果获2010年度中国纺织工业协会科学技术三等奖、2009年度中国技术市场协会金桥奖、2010年产学研合作优秀项目二等奖和三等奖。

采用注射成形工艺实现复杂形状增压涡轮的近终成形，并满足高性能和低成本的要求。根据注射成形涡轮对零件壁厚的要求，选择 ø52mm 涡轮作为研制对象，并完成了中空蜗轮的结构设计及可靠性校验，中空孔径确定为 ø5mm，孔深 25mm，如图 1 所示。对比分析实芯涡轮和中空涡轮的离心应力分布可知，采用中空结构的涡轮，其应力分布较原始涡轮应力分布一致，但涡轮离心应力有所增大，中空结构涡轮的最大离心应力为 626MPa，较原始涡轮增加了 20.4%。涡轮采用中空设计后，自振频率变化很小，频率平均变小 0.167%，可近似认为没有变化。中空结构增压涡轮不仅达到了减轻重量的目的，而且大幅度减小了烧结变形。设计了侧向抽芯模具结构（如图 2 所示），实现了复杂形状增压涡轮的近终成形。采用数值模拟方法对注射成形充模过程进行了模拟，得出了喂料的充模过程（如图 3 所示），并阐明了涡轮在注射成形过程中产生的缺陷与机理。优化了注射成形工艺参数，得出最佳的注射成形工艺参数为：注射温度为 160℃，注射压力为 60MPa，模温为 80℃，最终制备出了无缺陷的注射成形坯。以平均粒度 15μm 的惰性气体雾化的 K418 镍基高温合金为原料，选用 67%装载量，将粉末与粘结剂（60%石蜡+15%高密度聚乙烯+15%聚丙烯+10%硬脂酸）于 140℃在 开放式混炼机中混炼 30min，制备出适合镍基高温合金粉末注射成形的高效粘结剂，制备出了流变性能良好的注射喂料。分析了脱脂方法、脱脂制度和脱脂温度对致密度和最终高温合金性能的影响，掌握了碳、氧含量的精确控制技术。通过烧结+热等静压工艺获得高致密度的粉末高温合金，具有晶粒细小、显微组织均匀、综合力学性能优异等优点。MIM418 合金 1230℃真空烧结相对密度为 97%，热等静压后的样品接近全致密。

高温 TiAl 金属间化合物多孔材料，解决了普通金属多孔材料高温抗氧化、抗酸碱腐蚀性能差，陶瓷多孔材料难以焊接组件化和强度较差等难点，提高了多孔材料的使用性能、扩展了服役环境。本成果涉及反应烧结法制备高性能高温TiAl 合金多孔材料的新技术和多孔材料孔隙形成机理。制备的 TiAl 多孔材料可应用于环保、化工、石油、冶金、矿山、食品、医药及生物等领域作为过滤、分离、隔热、生物骨架及催化剂载体等，对于废气废液净化回收、节能环保等具有重大意义。