有色協會公示---高性能特種粉體材料近終形制造技術及應用-01-09重新公示

提名單位：中國有色金屬工業協會

提名獎種：國家技術發明獎

提名單位意見：

高性能特種材料在高技術領域中具有不可取代的關鍵作用。但是，由于硬度高、脆性大等問題，難以采用傳統加工技術制備成復雜形狀制品，極大限制了其性能的發揮和有效利用，因此亟需研發特種材料復雜零件的近終形制造技術。項目突破了近球形微細粉末原料制備、精密成形、組織性能精確調控、關鍵工藝裝備和自動化生產質量監測等關鍵技術。首創了近球形微細特種粉體制備和改性新技術，實現特種粉末原料的自主化；發明了多種粘結劑體系及成形和高效脫脂工藝，解決了坯體兩相分離、變形、增氧、缺陷等控制難題；發明了強化燒結致密化和組織性能精確調控技術，實現高性能近終形制造；發明和開發了微注射成形模具、側抽芯模具新結構、專用注射成形機、高效脫脂爐和節能燒結爐等關鍵工藝裝備，建立了基于機器視覺的產品尺寸、外觀質量在線自動檢測，工業機器人動態抓取和分揀軟硬件系統，實現自動化生產。授權中國發明專利59項、實用新型專利65項，申請PCT專利2項，軟件著作權6項，出版著作2部，發表SCI論文108篇，多種產品打破國外技術封鎖，解決了多項國防裝備建設和研發的“卡脖子”問題，滿足了國家重大需求。建成世界排名靠前的注射成形企業，引領和推動了我國粉末注射成形產業的形成和發展，建成47條生產線，近三年新增銷售52.96億元，新增利潤6.32億元。

獲教育部技術發明一等獎2項，中國有色金屬工業科學技術發明一等獎1項。

項目簡介

該項目屬于材料合成與加工工藝學科。高性能特種材料具有其他材料不具備的特殊性能，在高技術領域中具有不可取代的關鍵作用。然而，這類材料往往硬度高、脆性大，難以采用傳統加工技術制備成復雜形狀制品，極大限制了其性能的發揮和有效利用，因此亟需研發特種材料復雜零件的近終形制造技術。

項目針對國防裝備、汽車、智能電子產品等領域的需要，研究高性能金屬鎢、氮化鋁等特種材料粉末注射成形系統理論和方法，突破近球形微細粉末原料制備、精密成形、組織性能精確調控、關鍵工藝裝備和質量監測軟硬件系統等關鍵技術，實現小型復雜形狀制品的近終形制造，并推廣應用于其他材料體系。授權中國發明專利59項、實用新型專利65項，申請PCT專利2項，軟件著作權6項，出版著作2部，發表SCI論文108篇。

1、首創了適合注射成形的近球形微細特種粉體制備和改性新技術。提出了基于酸根離子的化學推進劑理論，創立了可控溶液燃燒合成難熔金屬和氮化物反應體系和工藝，制備出了高分散近球形微細氮化鋁和鎢基粉體。創立了“氣流分級分散-等離子球化”粉體改性技術，制備出了滿足精密多孔電極需要的細粒徑窄分布球形鎢粉。

2、發明了適合不同材料的粘結劑體系及成形和高效脫脂工藝。提出了基于聚合物功能基團的多組元粘結劑設計原理，創立了兩相流協調運動模型，闡明了兩相分離和缺陷產生的不確定性機理，發明了殘碳型、低殘留型和高粘性粘結劑體系，有效解決了坯體兩相分離、變形、增氧、缺陷等控制難題。

3、發明了多孔脫脂坯強化燒結致密化和組織性能精確調控技術。提出了金屬鎢的低溫無壓活化燒結致密化理論和鈍化處理孔隙結構精確調控技術，突破了高致密度鎢的細晶化和多孔鎢的孔隙均勻化技術瓶頸，高致密鎢的晶粒尺寸僅570nm，抗電子轟擊性能提高2個數量級，多孔鎢的活性物質填充量提高20%；綜合利用液相燒結和殘碳“脫氧”原理，解決了氮化鋁高致密化、晶界相控制和晶格凈化等難題，熱導率高達248W·m-1·K-1。

4、發明和開發了微注射成形模具、側抽芯模具新結構、專用注射成形機、高效脫脂爐和節能燒結爐等關鍵工藝裝備，建立了基于機器視覺的產品尺寸、外觀質量在線自動檢測，工業機器人動態抓取和分揀軟硬件系統，實現了全過程自動化生產和質量控制，效率提高6倍以上，產品尺寸精度達到±0.2%。

依托該成果建成了世界規模排名靠前的粉末注射成形生產線，引領了行業發展，科技成果評價專家組認為：“復雜形狀氮化鋁構件注射成形工藝技術”和“高性能金屬鎢制品精密制備技術”達到“國際領先水平”，獲得教育部技術發明一等獎2項，中國有色金屬工業科學技術獎（發明）一等獎1項。成果推廣應用于20余家企業，建設生產線47條。近三年，新增銷售54.09億元，新增利潤7.05元(其中完成單位新增銷售39.99元，新增利潤億4.31元)，多種產品解決了國防裝備發展“卡脖子”問題，經濟和社會效益顯著。

客觀評價

（一）國內外相關技術比較

該項目形成了完整自主知識產權體系，提供了高性能特種粉體材料近終形制造技術整體解決方案，具有先進性和創造性。注射成形金屬鎢、氮化鋁等特種粉體材料制品性能以及近終形制造能力全面優于國內外公開報道水平。

（二）科技查新報告結論

教育部科技查新工作站查新結果：在國內外已公開發表的文獻和專利中，除本查新項目組成員及其指導的學生發表的文獻和發明的專利外，未見有與本查新項目相同的下述報道：開發出溶液燃燒合成納米鎢基粉末新技術，并制備出致密度大于95-98%，晶粒尺寸約為570nm，硬度699HV0.2，抗彎強度為568MPa的鎢制品；開發出“氣流分散+等離子球化”制備細粒度、窄分布球形鎢粉的方法，并制備出孔隙均勻且連通度好的復雜形狀多孔鎢制品；開發出一種含易殘碳疏水性樹脂類聚合物組元的粘結劑和殘碳“脫氧”技術，制備出熱導率高達248W·m-1·K-1的氮化鋁制品；開發出微注射成形模具和側抽芯模具新結構及其加工工藝、專用注射成形機、高效脫脂爐和節能燒結爐等裝備；開發出基于機器視覺的注射成形產品尺寸、外觀質量在線自動檢測，工業機器人動態抓取、裝配和分揀軟硬件系統，實現全過程自動化生產和高質量穩定性控制，效率提高6倍以上，產品尺寸精度達到±0.2%，最小特征尺寸0.16mm。

（三）項目驗收和成果評價

2018年7月18日，中國有色金屬工業協會“高性能金屬鎢制品精密制備技術及應用”成果評價：“成果在國防重要型號武器和民品中獲得成功應用，為實現武器系統的高性能化和相關產業的發展做出了重要貢獻，經濟和社會效益顯著。創新性突出，應用成效明顯，整體技術達到國際領先水平。”。

2017年5月9日，中國有色金屬工業協會“高導熱氮化鋁制品精密制造技術”成果評價：“該技術創新性強，屬于重要的軍民兩用技術，整體技術達到國際先進水平，其中以復雜形狀構件注射成形等為代表的工藝技術達到國際領先水平。”。

2010年7月30日，教育部“觸發引爆開關放電電極及其近終形成形技術研究”成果鑒定：“用于我國某型號觸發引爆開關具有更好的抗沖擊和抗大電流轟擊的性能，徹底解決了傳統工藝殘留Cu元素的有害風險。??????本成果提升了我國在役觸發引爆開關的可靠性，具有重要的國防意義和顯著的創新性，整體技術達到了國際領先水平”。

（四）技術檢測報告

經國家有色金屬及電子材料分析檢測中心、中國計量科學研究院、清華大學等單位檢測，金屬鎢、氮化鋁主要技術指標全面優于國內外公開報道水平。

（五）用戶使用意見

1. 中國工程物理研究院評價：注射成形觸發引爆開關鎢電極“用于某型號重點武器工程中，消除傳統工藝中Cu雜質不易去除干凈，電極零件密度和強度較低，耐轟擊濺射性能差，從而導致開關發生誤導通的危險。”。

2. 中國電子科技集團公司評價：注射成形鎢陰極基底“用于某重點工程的脈沖氫閘流管，各項性能指標滿足使用要求，在使用過程中陰極工作穩定、表現良好，在各類沖擊、震動實驗中強度優異。”。

3. 中國船舶重工集團公司評價：注射成形高導熱氮化鋁力矩器線圈骨架“用于某型艦用垂直加速度計力矩器中，攻克了高導熱、低膨脹控制及調控關鍵技術，解決了骨架的尺寸精度、行為公差等技術難題，滿足了加速度計指標要求。”。

4. 中國電子科技集團公司評價：注射成形微型高導熱氮化鋁支撐桿“用于電子對抗系統用核心關鍵元—YIG特種電調器件中，在-55℃-85℃溫度范圍內經測試性能可靠，并經過隨機振動，高頻振動，沖擊等環境試驗，產品性能穩定可靠。”。

5. 成都國光電氣股份有限公司對多孔鎢電極的評價：“采用球形鎢粉為原料制備的擴散陰極多孔鎢基底，大大提高了孔隙連通度和開孔率。浸鹽（發射物質）量增加20%左右，可大大提高陰極的發射性能及壽命”。

6. 日本丸和株式會社對研制的氮化鋁粉體的評價：“粉體純度高、成形性好，所制備的氮化鋁基板的導熱、強度等重要性能均達到要求。”。。

7. 手機行業品牌客戶對江蘇精研及其注射成形產品的評價：“I had line tour in your factory today, very happy to say that everything looks good to me, production is running smoothly, quality is under control without any complaint. It?s time for me to say “Thank you, for your excellent job in the past year“…MIM is definitely not an easy part for any MIM vendors.”。

8. 深圳艾利門特科技有限公司評價：“開發的聚甲醛基粘結劑與催化脫脂技術用于手機攝像頭圈的生產中，大大提高了脫脂效率，降低了碳含量，減小了燒結變形和燒熔的發生，確保了力學性能、抗腐蝕性能和無磁性。”。

（六）科技獎勵

1. 2018年教育部技術發明一等獎：高性能金屬鎢制品精密制備技術及應用；

2. 2017年中國有色金屬工業技術發明獎一等獎：高導熱氮化鋁精密成形技術及應用；

3. 2012年教育部技術發明一等獎：觸發引爆開關放電電極及其近終形成形技術研究；

4.2018年世界粉末冶金大會（WORLDPM2018）杰出產品創新獎：手機翻轉攝像頭殼體組件；

5.2018年世界粉末冶金大會（WORLDPM2018）杰出產品創新獎：筆記本電腦風扇。

應用情況

項目形成了粉末注射成形系統理論，建立了具有完全自主知識產權的成套工業化生產技術，核心技術成功推廣應用于鎢鉬等難熔金屬及其合金、多種氮化物和氧化物陶瓷、不銹鋼、鐵基合金、鎳基合金、鈦合金、磁性材料、Sip/Al和金剛石/銅復合材料等材料體系。項目產品應用于智能手機、光纖通訊、筆記本電腦、醫療器械、汽車、電動工具、武器裝備等領域，解決了多項國防裝備發展“卡脖子”問題。通過技術轉讓與合作，已在上海富馳、江蘇精研、深圳艾利門特、蘇州創基、北京嘉潤、揚州海昌、江蘇鷹球、廈門鉅瓷等20余家企業實現產業化，建成47條生產線，其中江蘇精研和上海富馳已成長為世界產能排名靠前的注射成形專業化生產企業。生產產品已在蘋果、谷歌、華為、三星、fitbit、OPPO、小米、特斯拉、本田、富士康、長城汽車、美國樓氏、日本丸和、日本昭和電工等國內外知名企業獲得應用。

表 2 主要應用單位情況表

主要知識產權和標準規范等目錄

主要完成人情況

該項目聯合申報單位包括北京科技大學、江蘇精研科技股份有限公司、上海富馳高科技股份有限公司，下面對完成人合作關系進行簡要說明。

第1完成人：曲選輝，該項目總體思路、學術思想、理論技術體系的提出者，以及關鍵技術攻關和產業化應用的組織實施者。第1完成人領導團隊主要技術骨干第2、3、4完成人共同授權發明專利59項，共同發表SCI論文108篇,共同鑒定成果4項,共同獲得教育部技術發明一等獎2項，中國有色金屬工業技術發明一等獎1項。2010年1月和2013年1月，北京科技大學先后與上海富馳高科技股份有限公司和江蘇精研科技股份有限公司簽署了產學研全面合作協議，共同開展粉末注射成形產業化關鍵技術研究，推進科技成果轉化和應用。第1、6、5完成人分別是3個單位的協議項目負責人和執行人。

第2完成人：秦明禮，主持開展“高性能特種粉體材料近終形制造技術”基礎和應用研究，并協助第 1 完成人實施技術轉讓和應用示范。與第 1 完成人共同承擔并完成國家973計劃課題2項、民口配套項目2項。與第1、3、4完成人共同獲得2017年度中國有色金屬工業技術發明一等獎。

第3完成人：章林，負責注射成形共性關鍵技術研究和產品研發。與第 1、2完成人共同承擔并完成國家 863計劃項目1項，民口配套項目2項。與第5完成人合作開發筆記本金屬扇葉獲得世界粉末冶金大會產品杰出創新獎。

第4完成人：吳昊陽，負責近球形微細特種粉體制備和改性新技術研究及注射成形制品開發，與第2完成人共同申報國家自然科學基金1項。與第2、6完成人合作開發手機翻轉攝像頭殼體，獲得世界粉末冶金大會產品杰出創新獎。

第5完成人：鄔均文，“產學研全面合作協議”的負責人和執行人。與第1、2和3完成人共同解決了產業化過程中的工藝匹配、參數優化和自動化生產等關鍵技術問題。主持合作開發的筆記本金屬扇葉獲得世界粉末冶金大會產品杰出創新獎。

第6完成人：鐘偉, “產學研全面合作協議”的負責人和執行人。與第1、2完成人合作，率先將基于機器視覺的產品尺寸、外觀質量在線檢測和監控技術應用于粉末注射成形工業化生產。主持合作開發的手機翻轉攝像頭殼體獲得世界粉末冶金大會產品杰出創新獎。

完成人合作關系情況匯總表