一、成果介绍

1.低温前驱体裂解法合成碳化硼粉体

【项目概述】碳化硼具有超常硬度，高熔点、高弹性模量、低膨胀系数，恒定的高温强度，密度小，中子吸收能力强，化学性能良好等优点，已经引起了人们的极大兴趣。欧洲人在碳化硼方面处于技术领先地位，在应用上，其潜在的经济价值已引起世界同行们的关注。近年来，美国、日本、韩国等先进国家在这方面做了大量研究工作，进展迅速。而目前，我国在这方面的工作做得很少，所以发展前景广阔。在工业上碳化硼的制备方法主要是硼酐碳热还原法和镁热还原法，这些方法都需要较高的温度(一般高于2000℃)，能耗大、生产能力较低。为了降低能耗，节约能源，目前人们正在探寻低成本并且能在低温条件下合成碳化硼的工艺。本项目研究了一种能在低温下合成碳化硼的方法，采用聚合物前驱体裂解法制备碳化硼。

【项目成熟情况】技术成熟，具有样品。

【应用范围】用于低温碳化硼制备；核反应中子屏蔽材料制备、防辐射涂料制备。

2.纳米氧化锆系列产品

【项目概述】氧化锆超细微粉是制造高性能精细陶瓷的原料。由于氧化锆基精细陶瓷具有许多独特、优良的性能，因而广泛用于航天、机械、化工、电子、汽车、能源等领域，并成为许多领域技术革新的新材料。氧化锆生产技术因产品用途不同而有较大差异。本项目可采用三种生产路线来实现。可根据市场需求进行调整。采用直接烧结法生产工艺获得的氧化锆产品成本较低，主要用于颜料等行业，产品附加值低。采用均匀沉淀法、加水分解法，工艺先进，产品质量好（在日本用加水分解法制得的氧化锆产品售价可达到400-500元RMB/Kg）。可生产纳米级、亚微米级氧化锆系列产品，添加不同的稳定剂（钇、铈等），可制成全稳定、半稳定型产品。

氧化锆基精细陶瓷具有许多独特、优良的性能，如利用高强度、高硬度的性能可制成车削工具如车刀、铣刀、粉碎用球及拉丝、拉管、挤压等模具；利用耐高温、抗高温热冲击、防腐蚀、绝缘性良好等特征，制成热喷涂涂料后广泛应用于绝热发动机、汽轮机、气冷反应堆等在高温环境下工作的零部件，以提高效率，延长使用寿命；利用其对气体的选择性，可制成氧气传感器，用于汽车工业、金属熔炼、锅炉等行业；利用其高温下具有优良的导电性能，用于固化燃料电池。此外，氧化锆还用于制造锆宝石、催化剂载体、釉彩等。具有自主知识产权，专利“加水分解法制备氧化锆超细粉体”（ZL200410044140.5，2008）。

按100吨/年规模装置进行计算，设备投资约需800万元。按沉淀法工艺生产单斜晶氧化锆微粉进行计算，原料成本约6万元/吨，生产成本约为8-9万元/吨，产品售价12-13万元，如建100吨规模装置可实现销售收入1200-1300万元，利税300-500万元；按加水分解法进行计算，原料成本约8万元/吨，生产成本约为11万元/吨，产品售价约20万元/吨，如建100吨规模装置可实现销售收入2000万元，利税900万元。由于该产品的品种多，生产工艺不同利润差别较大，无法列出详细清单，而加入稳定剂后，产品的附加值会更高。

【项目成熟情况】已建成中间试验装置，技术成熟。

【应用范围】广泛用于航天、机械、化工、电子、汽车、能源等领域，并成为许多领域技术革新的新材料。

3.硫酸盐废水“生物-物化”处理及制备高纯度单质硫技术

【项目概述】为解决硫酸盐废水处理中硫的资源化问题，开发出一种硫酸盐废水“生物-物化”处理与制备高纯度单质硫技术，包括硫酸盐的生物还原、硫化氢的气/液分离和硫磺制备三部分，在处理硫酸盐废水的同时，连续、自动地进行单质硫的制备生产。单质硫的纯度高，酸性氧化剂可循环再生利用。可用于石油、化工、制革、印染及矿山等行业或企业含硫酸盐生产污水的处理，同时实现硫资源回收，实现企业清洁生产，可产生良好的经济效益和社会效益。

【项目成熟情况】已取得知识产权，可针对不同污水进行专门设计。

【应用范围】含硫酸盐污水及烟气脱硫。

4.突发性土壤/水有毒有机物污染快速处理技术与设备

【项目概述】有机化学品在生产、贮存、运输和使用过程中有时会发生泄漏事故，导致对土壤和水环境的污染。有些有机化学品，如农药、苯酚等属于有毒有机物，对环境及人体健康具有极大危害，对这类污染物必须进行快速处理，否则可能造成二次污染事故，扩大危害范围和危害程度。本项目提供一种处理有毒有机物点源污染土壤/水的处理技术，该技术具有效率高、速度快，自动化程度高等特点。突发性有毒有机物泄露造成的环境污染问题备受社会关注，快速处理这类污染土壤和水的技术与设备成为最终彻底消除污染的关键，也是城市污染消防必备设备，该设备可以设计成车载模式，能够像消防车一样及时抵达污染现场进行现场“灭”污染，方便快捷。

【项目成熟情况】进行了实验室规模试验，效果良好。

【应用范围】有毒有机物环境污染应急快速处理。

5.新型阻尼复合材料结构技术

【项目概述】结构轻量化设计和吸能减振技术是航空航天、海洋船舶、汽车交通等领域的重要研究方向之一，具有重要的理论和工程应用价值。轻质多孔材料（结构）因具有高比模量（强度）、吸能缓冲、减振降噪等优异的力学性能和物理特性，已成为各行业广泛使用的新型轻质多功能结构。本团队针对典型工程结构的工程需求，基于结构阻尼一体化技术和超材料思想，设计并制备出一系列兼具结构承载功能和阻尼减振功能的新型轻质混杂复合材料周期多孔板壳结构，揭示其阻尼耗能机理，为开发兼具高刚度（强度）和优异抗冲减振性能的新型轻质多功能结构提供技术储备和理论支撑。

【项目成熟情况】技术成熟度等级4，以原理样品或部件为载体完成实验室环境验证。

【应用范围】在航空航天、武器装备、海洋船舶、汽车交通等领域具有广泛的应用，如：卫星、火箭等先进航天器结构，舰船、邮轮、深海潜航器等海洋装备，汽车、高铁等先进轨道交通设备等缓冲减振结构部件。

6.材料的定向再结晶研究

【项目概述】通过定向再结晶法对材料进行定向再结晶处理，以获得具有较好性能的柱状晶材料。实验测得的CuAlMn合金材料的拉伸强度达到了670MPa，镍基合金硬度经过定向再结晶后有65HV。研究了不同材料、抽拉速率、抽拉温度、不同轧制工艺等因素对定向再结晶材料的微观组织结构与材料力学性能的影响。研究了材料微观结构—力学性能的相互关系，分析在整个定向再结晶过程中各因素对材料微观结构和性能的影响机制，从而获得具有优异性能的柱状晶材料。

为了提高材料的高温力学性能,需要材料具有较大的晶粒尺寸。同时,在拉伸应力方向具有晶界平行排列的定向显微结构的晶体具有优良的抗蠕变性能,高的疲劳抗力,同时这种显微结构有利于抑制裂纹扩展,有利于提高合金的强度及韧性。因此具有定向显微结构的合金的制备及性能表征得到了广泛的研究。早期的研究主要集中于利用定向凝固技术制备以镍基为代表的高温合金,并成功应用于航空发动机涡轮叶片；利用不同的轧制工艺和热处理手段制备具有Goss或立方织构取向的硅钢。然而,对于利用机械合金化等粉末冶金技术制备的合金如钨、钼等难熔金属和合金以及由包析或包晶转变生成的化合物如TiAl等金属间化合物和大尺寸汽轮机叶片用钢等都难以应用定向凝固技术获取定向的显微组织,在这种情况下,定向再结晶技术得到了广泛的发展。

【项目成熟情况】基础研究阶段。

【应用范围】航空发动机涡轮叶片等金属材料。

7.乏燃料贮运用铝基碳化硼中子吸收复合材料

【项目概述】通过粉末合金法合成B4C/Al中子吸收复合材料，以真空热压烧结的方法合成性能稳定，结构均匀的B4C/Al复合材料，实验测得的复合材料（30%B4C）的拉伸强度达到了440MPa。研究了颗粒形态、B4C含量、材料成形工艺方法、具有强中子吸收能力元素的添加等因素对B4C/Al复合材料的微观组织结构与材料力学性能的影响。研究了B4C/Al复合材料微观结构—力学性能—中子吸收能力的相互关系，分析在整个粉末冶金过程中各因素对材料微观结构和性能的影响机制，从而获得具有优异性能的B4C/Al中子吸收复合材料。

【项目成熟情况】基础研究阶段。

【应用范围】十三五提到要“安全高效发展核电”，乏燃料的安全妥善处理是发展核电的重要一环。《能源发展战略行动计划》（2014-2020年）中提到要完善核燃料循环体系，包括天然铀的采矿和处理、燃料元件制造和使用、乏燃料后处理以及废物处理和处置等。其中乏燃料后处理技术较为落后，各国都在钻研如何提高乏燃料处置的效率。乏燃料又称辐照核燃料，是经受过辐射照射、使用过的核燃料，通常是由核电站的核反应堆产生。核燃料在堆内经中子轰击发生核反应，经一定时间从堆内卸出。它含有大量未用完的可增殖材料238U或232Th。这种燃料的铀含量降低，无法继续维持核反应，所以叫乏燃料。乏燃料中包含有大量的放射性元素，因此具有放射性，如果不加以妥善处理，会严重影响环境与接触它们的人的健康。

中子吸收材料是指具有优良中子吸收性能的材料，而中子吸收能力是指可以高效的吸收热中子与高能辐射，防止γ射线和X射线辐照。中子吸收材料具有良好的中子吸收能力的重要指标是中子吸收截面大，吸收热中子的效率高。除了这个特殊的功能，该材料还应具有良好的抗震性能以防止在运送途中因震动而泄漏乏燃料。同时，其力学性能也不能低于平均水平，这样具有优良综合性能的材料才能满足乏燃料运送设备的需求。硼是自然界资源丰富的元素，其热中子吸收截面很高，因此，核反应堆乏燃料贮运用中子吸收材料常添加硼作为中子吸收元素。碳化硼是研究得知的最坚硬的三种材料之一，有密度低、强度大、高温稳定性以及化学稳定性好的特点。但是由于碳化硼具有较差的韧性，不能单独满足乏燃料运输设备的性能要求。铝具有可以弥补这一缺点的良好韧性，并且还有材质轻、成本低廉等特点。因此，将两者优点相结合的B4C/Al复合材料的研究备受关注。

8.高熵合金涂层的高温摩擦学性能及机理

【项目概述】航空、航天、能源等工业的高速发展对涂层材料在苛刻环境下的综合性能提出了更高的要求。高熵合金的提出丰富了涂层的设计理念，并在耐磨性、高温稳定性等方面展现出独特的优异性质，因此，这类涂层在提高燃机叶片苛刻工况下的表面防护性能方面具有广阔的应用前景。然而，缺乏对高熵涂层高温服役条件下结构的演化及控制机制方面的深入研究是制约其实际应用的重要瓶颈问题。本课题拟采用熔覆法制备典型/新型高熵合金涂层，重点探究工艺参数、应力状态等对涂层相变机制、界面结构演化、摩擦磨损性能及失效机制的影响；并通过分子动力学、有限元及热力学分析，研究复杂界面的结合能与界面结合强度的理论关系，构建相应热力模型，揭示高温摩擦过程中的涂层相变、应力分布及界面演化规律明确涂层的成分-结构-性能在温变效应下的优化调控机制。项目研究内容的开展，将为该类涂层在燃机叶片等高温摩擦应用领域中的成分优化设计和结构调控提供理论指导。

本项目具有良好的经济效益，高熵合金涂层的应用领域几乎覆盖所有金属材料，能够为金属材料领域带来革新式的发展与巨大得到经济效益。本项目研究有力地推动了高熵合金涂层的应用进程，具有显著的潜在经济效益。

【项目成熟情况】项目技术成熟度3级。

【应用范围】金属材料表面改性相关领域，寻求技术合作。

9.舰船动力传动系统关键重载部件高可靠性表面复合强化

技术

【项目概述】鉴于现代运输业对齿轮、轴承等动力传动部件高承载、高可靠、长寿命，轻量化等使用性能的急切需求，本项目拟采用真空渗碳、离子注入等表面强化技术对船用传动系统中的关键零部件进行高质量表面复合强化处理，提高传动零件承载能力，延长其使用寿命，提高零件可靠性。项目从现有重载齿轮的失效机制着手，探究齿轮零件失效机制通过多技术复合强化及工艺优化，建立真空渗碳前后复合强化对可靠性提升的新工艺。揭示表面复合强化工艺对重载齿轮可靠性提升的机理。进一步探究模拟工况下复合强化后重载齿轮的服役可靠性以及失效机制。

本课题形成的理论成果，如真空渗碳与高压气淬、离子注入技术复合强化工艺方法、真空条件下元素扩散传质规律以及复合强化齿轮疲劳失效机制等，可直接用于机械传动系统中的重载零部件材料强化方面，为我国重载零部件在强化工艺和可靠性评估方面提供理论和数据支撑。探索出重载部件复合强化技术可应用到机动车辆以及航空航天传动装备上，可显著提高重载零件的表面硬度及摩擦磨损、接触疲劳等性能，延长其使用寿命。

【项目成熟情况】技术成熟度3级，针对应用设想，通过对实体零件针对性的分析、实验室工艺优化，理论探究，验证该技术概念的关键功能、特性，具有转化为实际应用的可行性。主要成果为研究报告、工艺规范和零件等。

【应用范围】重载传统系统金属零部件的表面强化，寻求技术合作。

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