有色协会公示---高性能特种粉体材料近终形制造技术及应用-01-09重新公示

提名单位：中国有色金属工业协会

提名奖种：国家技术发明奖

提名单位意见：

高性能特种材料在高技术领域中具有不可取代的关键作用。但是，由于硬度高、脆性大等问题，难以采用传统加工技术制备成复杂形状制品，极大限制了其性能的发挥和有效利用，因此亟需研发特种材料复杂零件的近终形制造技术。项目突破了近球形微细粉末原料制备、精密成形、组织性能精确调控、关键工艺装备和自动化生产质量监测等关键技术。首创了近球形微细特种粉体制备和改性新技术，实现特种粉末原料的自主化；发明了多种粘结剂体系及成形和高效脱脂工艺，解决了坯体两相分离、变形、增氧、缺陷等控制难题；发明了强化烧结致密化和组织性能精确调控技术，实现高性能近终形制造；发明和开发了微注射成形模具、侧抽芯模具新结构、专用注射成形机、高效脱脂炉和节能烧结炉等关键工艺装备，建立了基于机器视觉的产品尺寸、外观质量在线自动检测，工业机器人动态抓取和分拣软硬件系统，实现自动化生产。授权中国发明专利59项、实用新型专利65项，申请PCT专利2项，软件著作权6项，出版著作2部，发表SCI论文108篇，多种产品打破国外技术封锁，解决了多项国防装备建设和研发的“卡脖子”问题，满足了国家重大需求。建成世界排名靠前的注射成形企业，引领和推动了我国粉末注射成形产业的形成和发展，建成47条生产线，近三年新增销售52.96亿元，新增利润6.32亿元。

获教育部技术发明一等奖2项，中国有色金属工业科学技术发明一等奖1项。

项目简介

该项目属于材料合成与加工工艺学科。高性能特种材料具有其他材料不具备的特殊性能，在高技术领域中具有不可取代的关键作用。然而，这类材料往往硬度高、脆性大，难以采用传统加工技术制备成复杂形状制品，极大限制了其性能的发挥和有效利用，因此亟需研发特种材料复杂零件的近终形制造技术。

项目针对国防装备、汽车、智能电子产品等领域的需要，研究高性能金属钨、氮化铝等特种材料粉末注射成形系统理论和方法，突破近球形微细粉末原料制备、精密成形、组织性能精确调控、关键工艺装备和质量监测软硬件系统等关键技术，实现小型复杂形状制品的近终形制造，并推广应用于其他材料体系。授权中国发明专利59项、实用新型专利65项，申请PCT专利2项，软件著作权6项，出版著作2部，发表SCI论文108篇。

1、首创了适合注射成形的近球形微细特种粉体制备和改性新技术。提出了基于酸根离子的化学推进剂理论，创立了可控溶液燃烧合成难熔金属和氮化物反应体系和工艺，制备出了高分散近球形微细氮化铝和钨基粉体。创立了“气流分级分散-等离子球化”粉体改性技术，制备出了满足精密多孔电极需要的细粒径窄分布球形钨粉。

2、发明了适合不同材料的粘结剂体系及成形和高效脱脂工艺。提出了基于聚合物功能基团的多组元粘结剂设计原理，创立了两相流协调运动模型，阐明了两相分离和缺陷产生的不确定性机理，发明了残碳型、低残留型和高粘性粘结剂体系，有效解决了坯体两相分离、变形、增氧、缺陷等控制难题。

3、发明了多孔脱脂坯强化烧结致密化和组织性能精确调控技术。提出了金属钨的低温无压活化烧结致密化理论和钝化处理孔隙结构精确调控技术，突破了高致密度钨的细晶化和多孔钨的孔隙均匀化技术瓶颈，高致密钨的晶粒尺寸仅570nm，抗电子轰击性能提高2个数量级，多孔钨的活性物质填充量提高20%；综合利用液相烧结和残碳“脱氧”原理，解决了氮化铝高致密化、晶界相控制和晶格净化等难题，热导率高达248W·m-1·K-1。

4、发明和开发了微注射成形模具、侧抽芯模具新结构、专用注射成形机、高效脱脂炉和节能烧结炉等关键工艺装备，建立了基于机器视觉的产品尺寸、外观质量在线自动检测，工业机器人动态抓取和分拣软硬件系统，实现了全过程自动化生产和质量控制，效率提高6倍以上，产品尺寸精度达到±0.2%。

依托该成果建成了世界规模排名靠前的粉末注射成形生产线，引领了行业发展，科技成果评价专家组认为：“复杂形状氮化铝构件注射成形工艺技术”和“高性能金属钨制品精密制备技术”达到“国际领先水平”，获得教育部技术发明一等奖2项，中国有色金属工业科学技术奖（发明）一等奖1项。成果推广应用于20余家企业，建设生产线47条。近三年，新增销售54.09亿元，新增利润7.05元(其中完成单位新增销售39.99元，新增利润亿4.31元)，多种产品解决了国防装备发展“卡脖子”问题，经济和社会效益显著。

客观评价

（一）国内外相关技术比较

该项目形成了完整自主知识产权体系，提供了高性能特种粉体材料近终形制造技术整体解决方案，具有先进性和创造性。注射成形金属钨、氮化铝等特种粉体材料制品性能以及近终形制造能力全面优于国内外公开报道水平。

（二）科技查新报告结论

教育部科技查新工作站查新结果：在国内外已公开发表的文献和专利中，除本查新项目组成员及其指导的学生发表的文献和发明的专利外，未见有与本查新项目相同的下述报道：开发出溶液燃烧合成纳米钨基粉末新技术，并制备出致密度大于95-98%，晶粒尺寸约为570nm，硬度699HV0.2，抗弯强度为568MPa的钨制品；开发出“气流分散+等离子球化”制备细粒度、窄分布球形钨粉的方法，并制备出孔隙均匀且连通度好的复杂形状多孔钨制品；开发出一种含易残碳疏水性树脂类聚合物组元的粘结剂和残碳“脱氧”技术，制备出热导率高达248W·m-1·K-1的氮化铝制品；开发出微注射成形模具和侧抽芯模具新结构及其加工工艺、专用注射成形机、高效脱脂炉和节能烧结炉等装备；开发出基于机器视觉的注射成形产品尺寸、外观质量在线自动检测，工业机器人动态抓取、装配和分拣软硬件系统，实现全过程自动化生产和高质量稳定性控制，效率提高6倍以上，产品尺寸精度达到±0.2%，最小特征尺寸0.16mm。

（三）项目验收和成果评价

2018年7月18日，中国有色金属工业协会“高性能金属钨制品精密制备技术及应用”成果评价：“成果在国防重要型号武器和民品中获得成功应用，为实现武器系统的高性能化和相关产业的发展做出了重要贡献，经济和社会效益显著。创新性突出，应用成效明显，整体技术达到国际领先水平。”。

2017年5月9日，中国有色金属工业协会“高导热氮化铝制品精密制造技术”成果评价：“该技术创新性强，属于重要的军民两用技术，整体技术达到国际先进水平，其中以复杂形状构件注射成形等为代表的工艺技术达到国际领先水平。”。

2010年7月30日，教育部“触发引爆开关放电电极及其近终形成形技术研究”成果鉴定：“用于我国某型号触发引爆开关具有更好的抗冲击和抗大电流轰击的性能，彻底解决了传统工艺残留Cu元素的有害风险。‧‧‧‧‧‧本成果提升了我国在役触发引爆开关的可靠性，具有重要的国防意义和显著的创新性，整体技术达到了国际领先水平”。

（四）技术检测报告

经国家有色金属及电子材料分析检测中心、中国计量科学研究院、清华大学等单位检测，金属钨、氮化铝主要技术指标全面优于国内外公开报道水平。

（五）用户使用意见

1. 中国工程物理研究院评价：注射成形触发引爆开关钨电极“用于某型号重点武器工程中，消除传统工艺中Cu杂质不易去除干净，电极零件密度和强度较低，耐轰击溅射性能差，从而导致开关发生误导通的危险。”。

2. 中国电子科技集团公司评价：注射成形钨阴极基底“用于某重点工程的脉冲氢闸流管，各项性能指标满足使用要求，在使用过程中阴极工作稳定、表现良好，在各类冲击、震动实验中强度优异。”。

3. 中国船舶重工集团公司评价：注射成形高导热氮化铝力矩器线圈骨架“用于某型舰用垂直加速度计力矩器中，攻克了高导热、低膨胀控制及调控关键技术，解决了骨架的尺寸精度、行为公差等技术难题，满足了加速度计指标要求。”。

4. 中国电子科技集团公司评价：注射成形微型高导热氮化铝支撑杆“用于电子对抗系统用核心关键元—YIG特种电调器件中，在-55℃-85℃温度范围内经测试性能可靠，并经过随机振动，高频振动，冲击等环境试验，产品性能稳定可靠。”。

5. 成都国光电气股份有限公司对多孔钨电极的评价：“采用球形钨粉为原料制备的扩散阴极多孔钨基底，大大提高了孔隙连通度和开孔率。浸盐（发射物质）量增加20%左右，可大大提高阴极的发射性能及寿命”。

6. 日本丸和株式会社对研制的氮化铝粉体的评价：“粉体纯度高、成形性好，所制备的氮化铝基板的导热、强度等重要性能均达到要求。”。。

7. 手机行业品牌客户对江苏精研及其注射成形产品的评价：“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. Itʹs 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. 深圳艾利门特科技有限公司评价：“开发的聚甲醛基粘结剂与催化脱脂技术用于手机摄像头圈的生产中，大大提高了脱脂效率，降低了碳含量，减小了烧结变形和烧熔的发生，确保了力学性能、抗腐蚀性能和无磁性。”。

（六）科技奖励

1. 2018年教育部技术发明一等奖：高性能金属钨制品精密制备技术及应用；

2. 2017年中国有色金属工业技术发明奖一等奖：高导热氮化铝精密成形技术及应用；

3. 2012年教育部技术发明一等奖：触发引爆开关放电电极及其近终形成形技术研究；

4.2018年世界粉末冶金大会（WORLDPM2018）杰出产品创新奖：手机翻转摄像头壳体组件；

5.2018年世界粉末冶金大会（WORLDPM2018）杰出产品创新奖：笔记本电脑风扇。

应用情况

项目形成了粉末注射成形系统理论，建立了具有完全自主知识产权的成套工业化生产技术，核心技术成功推广应用于钨钼等难熔金属及其合金、多种氮化物和氧化物陶瓷、不锈钢、铁基合金、镍基合金、钛合金、磁性材料、Sip/Al和金刚石/铜复合材料等材料体系。项目产品应用于智能手机、光纤通讯、笔记本电脑、医疗器械、汽车、电动工具、武器装备等领域，解决了多项国防装备发展“卡脖子”问题。通过技术转让与合作，已在上海富驰、江苏精研、深圳艾利门特、苏州创基、北京嘉润、扬州海昌、江苏鹰球、厦门钜瓷等20余家企业实现产业化，建成47条生产线，其中江苏精研和上海富驰已成长为世界产能排名靠前的注射成形专业化生产企业。生产产品已在苹果、谷歌、华为、三星、fitbit、OPPO、小米、特斯拉、本田、富士康、长城汽车、美国楼氏、日本丸和、日本昭和电工等国内外知名企业获得应用。

表 2 主要应用单位情况表

主要知识产权和标准规范等目录

主要完成人情况

该项目联合申报单位包括北京科技大学、江苏精研科技股份有限公司、上海富驰高科技股份有限公司，下面对完成人合作关系进行简要说明。

第1完成人：曲选辉，该项目总体思路、学术思想、理论技术体系的提出者，以及关键技术攻关和产业化应用的组织实施者。第1完成人领导团队主要技术骨干第2、3、4完成人共同授权发明专利59项，共同发表SCI论文108篇,共同鉴定成果4项,共同获得教育部技术发明一等奖2项，中国有色金属工业技术发明一等奖1项。2010年1月和2013年1月，北京科技大学先后与上海富驰高科技股份有限公司和江苏精研科技股份有限公司签署了产学研全面合作协议，共同开展粉末注射成形产业化关键技术研究，推进科技成果转化和应用。第1、6、5完成人分别是3个单位的协议项目负责人和执行人。

第2完成人：秦明礼，主持开展“高性能特种粉体材料近终形制造技术”基础和应用研究，并协助第 1 完成人实施技术转让和应用示范。与第 1 完成人共同承担并完成国家973计划课题2项、民口配套项目2项。与第1、3、4完成人共同获得2017年度中国有色金属工业技术发明一等奖。

第3完成人：章林，负责注射成形共性关键技术研究和产品研发。与第 1、2完成人共同承担并完成国家 863计划项目1项，民口配套项目2项。与第5完成人合作开发笔记本金属扇叶获得世界粉末冶金大会产品杰出创新奖。

第4完成人：吴昊阳，负责近球形微细特种粉体制备和改性新技术研究及注射成形制品开发，与第2完成人共同申报国家自然科学基金1项。与第2、6完成人合作开发手机翻转摄像头壳体，获得世界粉末冶金大会产品杰出创新奖。

第5完成人：邬均文，“产学研全面合作协议”的负责人和执行人。与第1、2和3完成人共同解决了产业化过程中的工艺匹配、参数优化和自动化生产等关键技术问题。主持合作开发的笔记本金属扇叶获得世界粉末冶金大会产品杰出创新奖。

第6完成人：钟伟, “产学研全面合作协议”的负责人和执行人。与第1、2完成人合作，率先将基于机器视觉的产品尺寸、外观质量在线检测和监控技术应用于粉末注射成形工业化生产。主持合作开发的手机翻转摄像头壳体获得世界粉末冶金大会产品杰出创新奖。

完成人合作关系情况汇总表