材料成形技术及新材料

材料成形技术及新材料`一、项目定义项目名称：材料成形技术及新材料项目所属领域：基础产业和高新技术涉及的主要学科：材料加工工程（国家重点学科）、材料学、材料物理化学项目主要研究方向：●塑性精成形及模具CAD/CAE/CAM的集成●铸造合金新材料及其精密成形●汽车现代焊接成形与控制●纳米材料相变及组织与性能●功能新材料在塑性精成型中的应用二、项目背景1．项目建设意义材料加工工程在先进制造技术中占有重要地位，是发展高新技术产业和传统工业更新换代的重要科学基础和共性技术。

其中囊括高效、精密的加工工艺、装备和检测技术，低能耗、低成本产品的流程制造，集成、柔性、智95能化制造系统，是工程可持续发展与绿色制造体系的重要组成部分。

材料科学的基础研究为新材料、新技术提供理论基础，是现代国防、机械、汽车等支柱产业发展的共性基础。

同时，材料科学基础研究揭示物质本质，促进成形新型材料，引导新型技术和行业，产生新的支柱产业。

材料合成与加工新技术研究包含纳米结构材料和金属加工、聚合物加工、陶瓷加工、复合材料加工、快速凝固、超纯材料、近终型加工等各类合成与加工的基础研究。

根据材料的服役效能来调整成份、组织、结构、进而对材料的制备工艺进行设计，将使材料在强韧性、抗摩擦、抗冲击、抗腐蚀等方面的性能大大提高，对材料科学的全面发展起关键促进作用。

吉林大学材料加工工程学科是国家重点学科，在师资队伍、人才培养、科学研究和设备条件等方面，居国内先进地位。

以材料加工工程学科为核心，结合材料学、材料物理与化学，加强内涵建设、重视专业外延，强调团队精神，突出个性特色。

力争跟住世界先进水平、缩小差距，在本学科群中的一些有相对优势的研究分支（金属塑性与超塑性、无模成形、变质铸造、纳米材料及应用和功能材料等）继续保持世界先进水平，对于我国在材料科学与工程领域实现教学和科研水平的跨越式发展有重要意义。

962．国际水平材料加工工程、材料学和材料物理与化学是一个既有近亲关系，又有个性特色的综合学科。

近十年来，理论创新、技术创新和学科之间交叉、融合所产生的新兴学科，更是层出不穷，形成了材料科学和加工工程领域的概貌。

其基本特点是已形成基础理论、应用基础理论、技术和产品交互支持并互相反馈的动态局面。

目前国外铸造领域的研究热点是以凝固理论为基础，研制新型铸造合金、开发传统合金的改性，并落实在先进精密成形工艺与装备方面。

从国际上看，大部分凝固理论的基本概念和观点都是外国学者提出来的；在半固态成形方面，奠基性的理论是由MIT的学者提出来的；新型合金方面，在细化、净化、均匀化和微合金化等领域近年来国际上又有新的发展。

CAD/CAE/CAM的集成，以美国的Procast软件为代表的新型软件可谓接蹱问世。

在塑性成形领域，国际上在航空、航天、精密仪器和医疗器械等行业，虽然广泛应用了超塑性技术，但在变形和成形的力学规律、微观物理机理，特别是宏观规律与微观机理相衔接的定量研究方面并没有重大的进展。

在塑性变形及其成形规律的研究仍基本处于20世纪60年代的状态。

由于有限元的研究和三维智能化的迅速发展，特别是在模具CAD/CAE/CAM系统集成的诸多新成果，使塑性97精密成形有了突破性的进展，如塑性冷温精密成形，已经使圆柱和圆锥直齿轮利用闭塞锻造成形后，无须经过机械加工就可直接使用。

无模多点成形，在国外虽然有几十年的研究与开发，但至今还处于实验室的研究阶段，距产业化尚有相当的距离。

在焊接领域，当今国际焊接技术研究的发展总趋势是焊接过程控制系统的智能化、焊接生产系统的柔性化和集成化及先进材料（陶瓷材料、复合材料、有序金属间化合物和功能材料等）的连接机理、方法与工艺研究。

随着机器人运动学和动力学、传感技术、控制技术的迅速发展，在弧焊机器人接头跟踪，焊接机器人的离线编程技术，机器人焊接动态过程智能化控制等方面不但取得突破性进展，而且在工业发达国家已用于生产实际。

近年来先进材料连接机理的研究，虽然也取得较大进展，但目前仍处于实验室研究阶段。

材料学和材料物理与化学在现代工业中的应用，特别是机械和汽车零部件中的应用虽然在国外受到普遍重视，但尚属初起阶段，有许多空白可供人占领。

3．国内水平我国近几年来，除计算机辅助设计（CAD）、计算机集成制造系统（CIMS）之外，重点发展的先进制造技术包括超塑成形与扩散连接、精密成形、快速原型制造98（RPM）技术、金属材料热成形过程的模拟、超精密加工、数控工业机器人和分布式网络化制造技术等。

尽管如此，我国机械制造业的水平仍然很低，1995年人均制造业增加值仅为203.5美元，而美国1995年人平均已达到1530美元。

此外，由于长期习惯于仿造外国产品，我国的制造业和加工业缺乏创新能力。

同时，基础较为落后、投入力度有限，所以产品呈现“出不去，挡不住”的局面，总体处于跟踪水平。

因此，我们不仅要重视先进制造，同时也要加强基础工艺和设备研究。

从整体上看，我国材料研究与发展多是从解决重大工程需求入手来安排攻关项目，围绕具体产品展开工作。

对材料科学与工程基础的研究缺乏深度和广度，拥有自主知识产权与创新的理论和技术不多，尤其在基础研究与技术推广上尚不够通畅。

处理好传统材料工艺改造与新材料、新技术工艺的关系，结合国情，一方面要树立材料的研究、开发和生产的一体化研究思路；另一方面还要重视现代制造业对材料提出新的要求，树立新材料的设计、加工和使用一体化的研究思路，更要重视传统材料推陈出新中的基础研究。

三、项目现有基础本项目学科总体水平和综合实力居国内同类学科先99进地位。

现有教授45名，其中，中国科学院院士1名，长江学者奖励计划特聘教授2名，博士生导师25名，博士和在职攻读博士学位者占教师总数的60%左右。

学术队伍结构合理，实力雄厚。

已累计培养本科生1890名，硕士研究生264名，博士研究生91名，出站博士后研究人员8名。

毕业生受到普遍好评，积累了培养高层次人才培养的一整套经验。

“九五”期间已完成国家级科研项目25项、省部级项目64项。

目前正在运行的国家级科研项目17项、省部级项目48项。

“九五”期间获国家级奖3项，省部级奖28项。

发表SCI检索论文219篇，获国家发明专利9项。

在近十年内，派遣出国访问学者32人次，请国外专家来校讲学27人次，国际合作项目5项。

实验室面积一万多平方米，具有价值40万元人民币以上的先进仪器设备共13台。

四、项目建设目标和主要建设内容（一）项目建设目标在“十五”期间把本项目建设成科研、人才培养、技术开发和中试生产一体化的基地，成为机械、汽车零部件加工行业的技术依托单位，科研水平与人才培养质量接近100国际水平。

在塑性与超塑性变形的理论研究、无模成形、新型铸造热作模具材料、纳米材料及其开发应用、现代焊接成形与控制、功能与高分子材料等研究领域，具备承担国家重大攻关课题的能力。

保持在国内同类学科领域研究的先进水平，部分研究领域达到国际先进水平，个别领域研究达到或保持国际领先水平。

（二）主要建设内容1．主要研究方向−−塑性精成形及模具CAD/CAE/CAM的集成。

包含塑性与超塑性变形力学理论及应用、无模成形、冷温精密塑性成形及模具CAD/CAE/CAM的集成、圆柱形直齿轮的连续局部精成形等。

−−铸造合金新材料及其精密成形。

包含金属凝固行为特性及其组织控制、近终形热作模具新材料及其成型技术、颗粒或纤维增强金属基复合材料和镁合金材料液态成型及表面处理等。

−−汽车现代焊接成形与控制。

包含点焊熔核形成机理、铝基复合材料扩散连接和纳米陶瓷粒子热障涂层的研究等。

−−纳米材料相变及组织与性能。

包含金属材料、无机非金属材料、高分子材料及复合材料成分、组织、性能等的研究。

101功能新材料在塑性精成型中的应用。

包含功能材料、高分子材料的结构有序化研究，材料电子结构的研究等。

2．学术队伍建设和学术交流加强学术队伍建设，教师中博士的比例达到70%以上，培养6－8名中青年学术带头人，其中在国内知名、国际上有一定影响的中青年学者达到9－10名，形成一支由高水平学术带头人和学术骨干为核心的结构合理，既有团队凝聚精神，又有个性特色的教师队伍。

加强实质性的国际交流合作，主办国际学术会议1次，派出访问学者22名，邀请18名国外专家来校讲学，派出2名专家赴国外讲学，进行国际合作研究项目3项。

3．基地条件建设在现有实验条件的基础上，对纳米材料研究、精密铸造和新材料研究、精密焊接技术、无模成形技术、塑性与超塑性变形实验室补充先进设备，并增强其试验测试能力。

重点建设连续局部塑性精密成形的中试基地、模具智能化制造与加工中心、材料物理化学宏观与微观检测分析中心。

使同类试验手段在全国处于领先水平。

五、预期效益分析在高层次人才培养方面，具备每年接纳硕士研究生102114名和博士研究生52名、博士后研究人员6名，国内外访问学者9名的能力。

在科研方面，具备跟踪国际材料近净成形技术及新材料的应用领域的科技前沿和承担机械、汽车零部件连续局部精成形、无模成形、纳米材料的研究及应用、近终形热作模具新材料及其成型技术、功能材料和焊接新技术等方面的重大科技攻关能力。

在自身发展方面，具备解决学术队伍新老交替、研究内容深化、拓宽和试验条件逐步更新的能力。

博士生培养能力提高约65%，教师中博士比例增加约10%，承担国家重大项目和国际合作科研项目20项左右，在机械、汽车零部件近净成形和新材料的应用中进一步增强我国的自主开发能力。

被SCI收录论文数量为200篇左右，获国家发明专利20余项，获省部级以上奖励10余项。

六、建设项目所需经费说明本项目建设资金总额为1,260万元，其中中央专项资金为720万元，自筹资金为540万元。

建设经费用于购置仪器设备1,260万元。

本项目拟购的代表性仪器设备有：X 射线衍射仪、场发射扫描电镜、激光共焦显微镜、板压塑性精成形机、103中频感应加热炉、多点成形液压机、定向凝固系统、真空扩散焊机等。

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