【原创】上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室


来源:中国粉体网   星耀

[导读]  实验室以国家战略需求和学科发展前沿为导向,开展金属基复合材料、聚合物基复合材料、新型功能复合材料等领域的应用基础研究,在基础方面提供关键性的理论依据和原理性技术支撑,在应用方面提供小批量、多品种的重点领域用关键材料。

中国粉体网讯  上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室(以下简称:金属基复合材料实验室),于1988年经国家计划委员会批准筹建,1991年底建成并通过验收,1992年正式对外开放。

图片来源:金属基复合材料实验室


实验室以国家战略需求和学科发展前沿为导向,开展金属基复合材料、聚合物基复合材料、新型功能复合材料等领域的应用基础研究,在基础方面提供关键性的理论依据和原理性技术支撑,在应用方面提供小批量、多品种的重点领域用关键材料。


1 金属基实验室贡献


金属基实验室是我国重要领域用轻质高强金属基复合材料主要研发和生产基地,是我国特种功能复合材料最重要的研究和生产基地。


2013-2017年,实验室共承担各类科研项目605项,累计到位科研经费4.92亿元,其中国家重大基础研究规划(973计划)31项(有二项是首席科学家和首席承担单位,张荻教授和孙宝德教授);国家重大研发计划14项(首席四项),国家杰出青年基金10项(期间新增4人),国家自然科学基金重点项目8项、重大2项、仪器专项4项、面上项目89项;国防重大工程项目88项;国际合作项目56项;其他省部级项目60;企业横向项目165项。


2013-2017年,实验室围绕金属基复合材料(铝、镁、钛和镍基合金及其复合材料)、聚合物基复合材料和新型功能复合材料等方面的关键科学问题和关键技术开展深入系统的研究。实验室共获得国家自然科学二等奖一项(独立完成),省部级一等奖11项,其中独立完成10项、第二完成1项。评估期间,实验室师生共发表学术论文2190篇,其中SCI收录论文2003篇,影响因子大于10.00论文155篇、大于6.0论文455篇、大于3.0的论文1346篇。研究成果得到了国际学术界的高度评价和引用,评估期发表的论文SCI他引次数18182次,产生了重要的国际学术影响。五年来,实验室获国家授权发明专利411项,国家技术标准一项。出版专著13本。


实验室在金属基复合材料、聚合物基复合材料和新型功能复合材料等方向的基础研究取得重要突破,在工程化研究中也为国家安全和高新科技的做出了重大贡献。高性能铝基复合材料已成为我重要领域的关键材料,为国家重大工程重点提供了几千件的关键构件和材料。


2 科学研究


2.1 先进铝基复合材料


研究和解决铝基复合材料设计和制备加工中的关键科学与技术难题,获得了一系列突破性理论研究成果。在基础研究的理论指导下,在国家重大工程应用方面取得重大突破。为探月工程、载人航天工程、军用卫星与先进武器、对地观测和通讯卫星等国家重大工程中的27个重大型号提供关重构件6500余件。为满足我国重大战略型号的迫切需求、支撑我国航天、高科技的发展做出了重大贡献。


实验室发明了耐热高导Al-Zr-Y导线材料及其制备技术、高强抗疲劳Al-Mg-Si导线及其制备技术、导线冶金质量控制技术。应用于超耐热增容导线、特高压大跨越导线、节能导线等三大类十余种导线新产品;电导率总体提升超1%IACS,近三年新增产值超百亿元。项目对于提升我国架空导线材料及其制备技术水平,推动国家电网建设和节能减排具有重要意义。实验室提出“构型化复合”的学术思想,创立了具有普适性的构型化复合技术原型,使复合材料结构性能强韧化,拓宽金属基复合材料研究领域。


 


2.2 镁及镁基复合材料


解决镁及镁基复合材料的关键科学与技术难题,形成系列高性能镁材料体系,支撑航天、国防及交通领域的发展。


实验室制备的具有核壳结构的纳米镁基储氢材料,获得了良好的储氢热/动力学性能和抗氧化性,开发了批量制备工艺获得良好应用效果;提出硼化物高强度Mg-Gd基复合材料的设计思想,通过先进粉末冶金工艺成功制备出高性能GdN纳米颗粒增强镁基复合材料。

 


承接国家重大工程需求,研制了20余种、1000余套国防轻量化关键部件,为我国武器装备轻量化和国家安全做出了重大贡献。研发的镁基储氢材料已被航天八院、航天四院、中船重工、新加坡HES公司等采用,其中HES公司Skyblade360型燃料电池无人机采用镁基储氢材料获得创纪录的10小时500公里长续航记录。


2.3 钛基复合材料和高温合金


解决复合材料形变加工和精密成型等关键科学与技术难题,建立先进加工成形技术体系,形成宏量化、高可靠、多品种的支撑配套能力。


 


突破和解决了国内航空领域复杂薄壁大型构件精铸技术难题,建立了全流程高温合金大型熔模铸造生产线,推动了传统精铸技术向数字、智能化转变。所研制的高性能钛基复合材料和复杂薄壁高温合金构件满足了国家在航空航天和国防等领域的重大迫切需求,为国家安全建设做出了重要贡献。


2.4 聚合物基复合材料


解决镁及镁基复合材料的关键科学与技术难题,形成系列高性能镁材料体系,支撑航天、国防及交通领域的发展。


 


3 从月球到火星,团队征程闪耀星海


张荻、欧阳求保教授团队在铝基复合材料方面深耕30余年,解决了铝基复合材料制备、成型加工以及工程化应用过程中的各种关键科学和技术难题,所研制的高性能SiC增强铝基复合材料现已大量应用于航天航空、电子信息以及交通运输领域。


自2010年起,金属基复合材料国家重点实验室张荻教授、欧阳求保教授团队就持续为我国“嫦娥”系列提供了多种规格、轻质、高刚性、高品质、多功能新型碳化硅铝基复合材料构件,其中,探索月背的“玉兔二号”月球车关键构件上也有团队科研成果的身影。为满足火星探测任务的特殊要求,团队在已有研发出的新型碳化硅铝基复合材料的基础上,不断优化,进一步研制出适用于“天问一号”火星探测器的材料,满足了火星探测器长时间运行时对某关键机构材料需求。另外,该材料也在多颗“北斗”导航卫星上成功应用。


为了满足“北斗”卫星对某关键机构材料的高强、高模、高导热及尺寸稳定等综合性能的特殊要求,上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室张荻、欧阳求保教授团队在已有研发出的高性能SiC增强铝基复合材料的基础上,进一步研制出适用于“北斗”卫星某系统的高性能、高品质SiC增强铝基复合材料,为“北斗”卫星某系统提供了10余种关键构件,并成功应用于多颗“北斗”导航卫星,不仅实现了结构的轻量化,还为机构的高精度以及系统的稳定运行提供了保障。


从月球到火星,张荻教授、欧阳求保教授团队的研究成果随着我国太空探索的征程,闪耀在亿万公里外的星海。这些中国行星探索史上的里程碑,验证了金属基复合材料国家重点实验室为满足国家航天重大工程的迫切需求所取得的科研成果的高水平和高品质。


北斗卫星导航系统是我国第一个面向全球提供公共服务的重大空间基础设施,“天问一号”则是中国走向深空的重要一步,这些中国航天史上的重要印记验证了金属基复合材料国家重点实验室为满足国家航天重大工程的迫切需求所取得的科研成果的高水平和高品质。


4 金属基实验室:未来可期


面向国家的未来发展,金属基复合材料国家重点实验室在科技强国的进程中承担重要的使命。未来,实验室将继续以国家战略和学科前沿为导向,面向世界科技前沿、面向经济主战场,面向国家重大需求、面向人民生命健康,深入开展复合材料前瞻性基础研究,加强复合材料应用基础研究,为支撑国家战略发展贡献力量。


参考来源:上海交通大学新闻学术网、上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室官网。

(中国粉体网编辑整理/星耀)

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作者:星耀

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