2019年国家技术发明奖提名项目公示-北京科技大学科学研究与发展部

2019年国家技术发明奖提名项目公示一、项目名称高性能特种粉体材料近终形制造技术及应用二、提名者及提名意见提名者：中国有色金属工业协会提名意见：高性能特种粉体材料在国防装备和民用高技术产品中具有不可取代的关键作用。

但是，由于硬度高、脆性大、性能对加工状态敏感等问题，采用传统材料加工技术难以制备成可以使用的零件，极大地限制了这类材料性能的发挥和有效利用，也成为我国许多国防装备和民用工业领域发展的瓶颈。

该项目攻克了特种粉体原料制备、精密成形和组织性能调控三大技术瓶颈。

发明了微细近球形特种粉体制备和改性新技术，实现注射成形用特种粉末原料的自主化；发明了适合不同粉体材料体系的新型粘结剂及成形和高效脱脂工艺，解决了喂料填充性、保形性、残碳或增氧、尺寸精度控制等难题；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，实现近终形制造和性能大幅提升；发明了磁场注射成形机、高效脱脂炉和节能烧结炉等关键装备，建立了在线检测和监控软硬件系统，实现全自动化生产。

申请发明专利142项（含PCT专利1项），其中授权发明专利52项，软件著作权6项，出版著作2部、发表论文133篇(其中SCI 122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。

建成世界最大的两家注射成形企业，引领和推动了我国粉末注射成形产业的形成和发展，建成54条生产线，近三年新增销售额39.5亿元，新增利润7.9亿元，社会经济效益显著。

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2项。

提名该项目为国家技术发明奖二等奖。

三、项目简介该项目属于新材料领域粉末冶金学科。

高性能特种材料具有其他材料不具备的特殊性能，在国防和民用高技术产品中具有不可取代的关键作用。

然而，这类材料存在硬度高、脆性大、对加工状态敏感等问题，采用传统技术难以制备成可使用的零件，极大限制了这类材料性能的发挥和有效利用，成为许多国防装备和民用工业领域发展的瓶颈。

粉末注射成形在制备难加工材料复杂形状零件方面具有独特优势，被认为是未来制造业十大颠覆性技术之一。

然而，对于不同材料，该技术所面临的技术难点不尽相同，需要有针对性地开展创新研究。

项目历时18年，针对国防装备、汽车、可穿戴电子产品等领域的需要，开展了金属钨、氮化铝、软磁合金等特种粉体材料注射成形的研究，突破了近球形微细粉末制备、精确成形、组织性能调控等关键技术，实现了此类材料制品的近终形制造。

申请发明专利142项(含PCT专利1项)，其中授权发明专利52项，授权实用新型专利68项，软件著作权6项，出版著作2部，发表论文133篇(其中SCI 122篇)。

1、创立了适合注射成形工艺的近球形微细特种粉体制备和改性新技术。

建立了溶液燃烧合成难熔金属和非氧化物陶瓷粉体反应体系和工艺、以及“气流分散分级-等离子球化”粉体改性新技术，制备出纳米近球形氮化铝和钨基粉末，球形钨粉粒度和粒度分布可控。

2、发明了适合不同粉体材料体系的新型粘结剂及成形和高效脱脂工艺。

首次将两相流理论和混沌理论应用于粉末注射成形充模过程的研究，阐明了两相分离的本质原因和缺陷产生的不确定性机理。

研制出基于聚合物功能基团的粘结剂体系，解决了喂料填充均匀性、保形性、残碳或增氧、缺陷控制等难题。

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。

针对脱脂坯烧结致密化困难的问题，基于细晶强化烧结和结构活化烧结的原理，建立了金属钨和铁基软磁合金强化烧结新工艺，铁基软磁的最大磁导率提高了3-5倍，钨的耐电子冲击性能提高了2个数量级。

综合利用液相烧结和“残炭脱氧”协同效应，实现氮化铝致密化、晶界相控制及晶格净化，热导率高达248W·m-1·K-1。

4、发明了磁场注射成形机、高效脱脂炉和节能烧结炉等关键生产设备，建立了基于机器视觉的产品尺寸、外观质量在线检测和监控，工业机器人动态抓取、装配和分拣软硬件系统，实现全自动化生产，生产效率提高6倍以上，标样尺寸精度控制在±0.2%。

项目技术通过了中国有色金属工业协会和教育部组织的成果鉴定（评估），专家组评价：“复杂形状氮化铝构件注射成形工艺技术达到国际领先水平”，“高性能金属钨制品精密制备技术创新性突出，应用成效明显，整体技术达到国际领先水平”。

相关成果先后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2项，获世界粉末冶金大会产品奖2项。

建设了54条生产线，其中江苏精研和上海富驰已发展成为世界最大的注射成形企业。

近三年，新增销售39.5亿元，新增利润7.9亿元，并解决了多项国防装备发展“卡脖子”问题，经济和社会效益显著。

（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，并制备出致密度大于95%，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；开发出一种利用粘结剂残碳“脱氧”技术，并制备出热导率高达248W·m-1·K-1的氮化铝制品；开发出一种利用δ相烧结制备接近全密度(>99.9％)铁基零件，磁感应强度B6000=1.81T，矫顽力Hc=20.6A/m ，最大磁导率µm=21.8mH/m的纯铁软磁；开发出一种利用加P液相烧结，大幅度降低了烧结温度，缩短烧结时间，µm=21.4mH/m，B6000=1.77T，Hc=21A/m的铁磷软磁；开发出一种采用HIP和后续热处理工艺，制备出全致密，Bs=1.58T，Hc= 2.52A/m，µm=112mH/m的Fe-50%Ni软磁合金，以及Bs=0.862T，Hc=0.95A/m，µm=210000的Fe-79%Ni-4%Mo软磁合金的报道。

（三）鉴定结论2015年7月20日，受教育部委托，北京科技大学在北京组织召开了“高性能金属软磁材料的粉末注射成形技术”科技成果评价会，专家组鉴定结论：“该成果实现了复杂形状高性能软磁零件的低成本近终形制造，具有显著的创新性和广阔的市场前景，整体技术达到国际先进水平，部分注射成形软磁制品的主要使用性能达到国际最好水平。

”2017年5月9日，中国有色金属工业协会在北京组织召开了“高导热氮化铝制品精密制造技术”科技成果评价会，专家组鉴定结论：“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。

”。

2018年7月18日，中国有色金属工业协会在北京组织召开了“高性能金属钨制品精密制备技术及应用”科技成果评价会，专家组鉴定结论：“相关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。

该成果创新性突出，应用成效明显，整体技术达到国际领先水平”。

（四）技术检测报告金属钨、氮化铝、铁基金属软磁产品性能经过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、清华大学的检测，满足技术指标要求。

（五）用户使用意见研制的近球形微细特种粉体制备和改性新技术用于手机的线性马达振子生产中。

粉体改性处理新技术大大提高了粉末的松装密度、振实密度和流动性，将该技术应用于制备手机线性马达钨基合金振子，在保证喂料流变性能的条件下，将粉末装载量提高了10%，从而减小了坯体脱脂、烧结过程中的收缩和变形，提高了产品的尺寸精度，降低了生产成本。

相关产品在上海富驰高科技有限公司实现了产业化。

研制的新型粘结剂与脱脂工艺用于手机摄像头圈的制备。

采用本成果开发的聚甲醛基粘结剂与催化脱脂技术，在手机摄像头圈的研制和生产中获得成功应用，大大提高了产品脱脂效率，降低了碳含量，减小了烧结变形和烧熔的发生，确保了材料的力学性能、抗腐蚀性能和无磁性。

相关产品在深圳艾利门特科技有限公司实现了产业化。

研制的球形钨粉用于扩散式阴极多孔钨基底的制备。

成都国光电气股份有限公司采用本成果开发的细粒度窄分布球形钨粉为原料制备扩散式阴极多孔钨基底，实现了孔隙结构的精确调控，大大提高了孔隙连通度和开孔率，与原使用市售钨粉制备的多孔钨基底相比较，在保证孔隙率的前提下，浸盐（发射物质）量增加了20%左右，极大提高了阴极的发射性能和使用寿命。

研制的铁基软磁制品用于扬声器或助听器的动铁单元，已为美国楼氏电子研制ED、TEC、SR、PHF等各种规格磁轭（YOKE）零件，用户评价：“性能、尺寸稳定，满足了使用要求”。

所研制的针式打印机用轭铁座零件已在南京富士通计算机设备有限公司、安徽宁致科技有限公司获得成功使用：“所研制的轭铁座零件性能良好，尺寸精度高，满足使用要求”；“产品尺寸和性能一致性好，尺寸满足装配要求，针头打击力度强，工作稳定，性能优良”。

（六）科技奖励1、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；2、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3、2016年中国有色金属工业技术发明奖一等奖-高性能金属软磁制品近终形制造技术；4、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；五、应用情况1．应用情况项目形成了具有我国完全自主知识产权的高性能特种粉体材料近终形制造技术，包括特种粉体制备和改性新技术、近终成形和高效脱脂技术、组织性能精确调控技术、以及自动化生产线建设相关技术。

目前北京科技大学已与江苏精研科技股份有限公司(注射成形第一家上市公司)、上海富驰高科技股份有限公司、深圳艾利门特科技有限公司、扬州海昌新材料股份有限公司、苏州创基精密制造有限公司、北京嘉润粉末注射成形技术有限公司、厦门钜瓷科技有限公司、北京创卓科技有限公司等十余家企业达成战略合作伙伴关系，共同致力于高性能特种粉体材料近终形制造技术与注射成形产品的推广。

项目产品不仅在中国工程物理研究院、中国电子科技集团公司第十二研究所、中国电子科技集团公司第九研究所、中国电子科技集团公司第十三研究所、中国电子科技集团公司第五十五研究所、中国船舶重工集团公司、中国航天科技集团公司一院703所等国防单位得到应用，解决了多项国防装备发展“卡脖子”问题。

同时，项目产品也在行业一线品牌苹果、三星、特斯拉、华为、联想、本田、fibit、步步高、OPPO、小米、谷歌、天合汽车、霍夫、长城汽车、延锋百利得、日立、牧田、艾默生、双立人等企业的高技术产品中，取得了显著的经济和社会效益。