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[成果] 1700520103 北京
TF1 应用技术 金属铸、锻加工 公布年份:2017
成果简介:球形金属粉末广泛应用于微电子表面封装(SMT)、超硬材料合成、新能源用软磁材料、注射成形、增材制造等高端制造领域。中国对球形金属粉末的需求年均增长达到23.1%,而SMT焊锡粉、金属软磁、增材制造等领域用粉末对外依存度已经超过90%。传统雾化制粉技术存在连续制备时间短、生产效率低、雾化稳定性差等问题,不能满足球形金属粉末的制备朝着超细、窄粒度、低杂质含量、高稳定性和一致性等方向发展的要求。该项目在国家863计划,国家科技支撑计划,国家自然科学基金等项目的支持下,经过十余年的持续攻关,创造性地解决了球形金属粉末连续雾化制备技术及产业化应用中的重大技术难题,成功开发出成套雾化装备及产业化核心技术。主要创新成果如下:1)发明了金属熔体雾化器,突破了金属粉末雾化制备的核心技术瓶颈,实现了球形金属粉末的高效制备。通过空气动力学计算和数值模拟技术,发明新型超音速紧耦合雾化喷嘴和金属熔体导流绝热系统,创新形成了超音速紧耦合气体雾化器,该技术将<74μm的Fe基触媒粉末出粉率提高了20个百分点;研制了满足不同合金体系的离心雾化盘,开发了90000rpm高速电机保护系统,解决了高速电机在高温高粉尘环境下持续运转的关键问题(工作时间由2000h提高到12000h)。2)创制了球形金属粉末工业化生产技术装备,解决了球形金属粉末连续雾化制备难题,提高了粉末产品品质、一致性和稳定性。发明了球形金属粉末连续雾化技术及装备,研制了金属熔体智能输送系统,集成创新控制方法实现了全套装备的智能控制,形成雾化制备成套工艺及智能控制技术。其中,惰性气体雾化连续制备技术生产效率提高了30%,铁基触媒粉末氧含量小于300ppm;离心雾化连续制备技术生产效率提高了200%,SnAgCu粉末氧含量小于80ppm。3)发明了系列球形金属粉末,实现了工业应用,突破了国外对相关材料的知识产权封锁。依据发明的连续雾化制备技术,发明了具有自主知识产权的金刚石触媒粉末和SMT焊粉,形成系列新型高温、中温及低温球形金属粉末材料,建成了完善的金属粉末工业生产技术体系、装备体系和产品应用体系。基于上述创新技术,实现中高温功能粉末年产能达9000吨,SMT焊粉年产能达4000吨。系列粉末产品已广泛应用于中国微电子表面封装、超硬材料合成、新能源用软磁材料等高技术产业领域。在上述过程中,项目申请发明专利52项,已授权32项;制定标准3项;开发国家重点新产品2项、市级新产品2项;发表论文30余篇,其中24篇被SCI/EI收录;培养各类高级人才40余人。项目曾获省部级科学技术一等奖2项,二等奖3项,中国专利优秀奖1项。该项目的成功开发和应用推广,填补了国内空白,显著提升了中国球形金属粉末制备水平,具有重大经济社会效益。
[成果] 1700520093 河北
TG1 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:在核工业、化工、电子、冶炼等高浓度酸、碱、盐、重污染废水处理及空间原子氧侵蚀等极端特殊的腐蚀环境下,传统的耐蚀材料很难满足要求,由此引起的严重腐蚀损伤、停产检修、甚至重污水泄露等,不仅造成巨大经济损失,还可能威胁人民生命和财产安全。亟需具有极高的抗腐蚀能力,同时还具有良好力学性能和抗冲刷能力的关键材料。该项目针对特殊腐蚀环境,开发出了具有高抗腐蚀性和高综合力学性能的新型锆合金材料,满足了极端腐蚀环境下关键构件的迫切需求,实现了大量工业推广应用,并创造了显著的社会经济效益。1、开发了特殊腐蚀环境用新型锆合金,实现了关键技术上的重大突破和自主创新。该项目解决了无序固溶体强化与多相材料强度计算难题,发展了锆合金强韧化理论,为技术上的重大突破提供了坚实的理论支撑;解决了锆合金腐蚀过程中过钝化及微裂纹形成等关键技术难题,提出了具有高抗腐蚀性和综合力学性能的新型锆合金设计方法。在该基础上设计开发出10余种具有优异抗腐蚀性能和综合力学性能的新型锆合金。进一步开发了亚稳相复合锻造热处理新技术,解决了高强韧锆合金加工的关键技术难题。2、新型锆合金技术与国内外耐极端腐蚀环境材料技术相比,总体技术水平、主要技术、经济、环境等指标达到国际同类技术领先水平,与国际上重度污染废水处理关键构件所用的不锈钢相比,新开发锆合金抗腐蚀性能提高了10倍以上,且综合力学性能显著提高。与空间原子氧特殊腐蚀环境下关键构件常用合金钢相比,新开发锆合金抗腐蚀性能提高近3倍,并且拉伸强度提高1.4倍,密度降低35%,膨胀系数为1/2,无磁性。发明的用锆合金处理工程用钢新技术,使大量应用于沿海与防洪抗灾工程的钢材抗腐蚀寿命提高了25%以上。3、形成了一整套稳定、可靠的新型锆合金生产技术,成功转化为相关企业的核心竞争力,已实现规模化工业生产,产品具有明显的国际市场竞争优势。使用新型锆合金替代不锈钢制作的传动构件、反应器、管道阀门等,已作为国家重点创新产品推广应用于近百家重要企业中。成功制备了空间原子氧环境下的导轨、滑块和定位销等关键部件,在多款空间机构设计中获得应用,有效提高了服役寿命并实现大幅减重。锆合金处理工程用钢新技术,推进了线钢、螺钢、盘螺钢等在沿海工程和抗洪防灾工程中的大量使用,产品年产量达90万吨以上,畅销华北、华东、华南等地,并出口东南亚、北美等多国和地区。近三年为相关企业新增产值112亿元,利润超3亿元。该项目解决了极端腐蚀环境下缺乏高性能金属结构材料的国际难题,新开发锆合金已成为极端腐蚀环境处理行业关键构件的首选材料。开创了锆合金作为非核领域结构材料应用的新领域。申报国家发明专利28项,其中17项已授权;在PRL、Acta Mat.等期刊发表论文200多篇,SCI收录165篇,EI收录95篇,SCI他引1000多次,相关工作被Science、Nat.Mater.等论文多次评价和引用。获2016年中国电子学会科学技术一等奖。
[成果] 1700520104 河南
TG1 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:航空航天、超/特高压电器、大规模集成电路等重大领域用铜合金服役条件苛刻、安全可靠性要求极高。项目实施之初,上述领域用高强高导铜合金几乎完全依赖进口,市场主要由日本、美国、德国等国家把持。究其原因,中国原有制备加工技术落后,难以实现强化相精确控制,无法兼顾高强、高导、抗高温软化、抗应力松弛等性能要求,严重制约中国重大战略工程实施。项目组在863计划、国家科技支撑计划、国家自然科学基金等项目支持下,经19年协同攻关,突破了在铜基体中引入特定强化相并实现纳米级弥散分布的共性技术难题,开发出具有自主知识产权的核心制备加工技术,并应用于中国重大战略工程急需的四大系列铜合金开发。产品成功应用于“长征五号”大推力运载火箭发动机,保障了世界电压等级最高、输送容量最大的特高压工程稳定运行,实现了Cu-Fe-P引线框架带材全面国产化。主要科技创新如下:(1)国内率先开展内氧化制备Cu-Al2O3合金研究,发明了内氧化-还原-烧结一体化制备技术,通过氧的内扩散原位反应生成Al2O3粒子,解决了纳米Al2O3陶瓷粒子引入和分布控制难题。与微波管用传统材料无氧铜相比,研制的Cu-Al2O3合金700℃高温抗拉强度提高了280MPa。(2)发明了全流程保护控制熔铸技术,实现了Cu-Cr系合金成分组织精确控制,单件6吨铸坯成分波动小于0.2wt.%。发明了轧制-时效复合加工技术和多场耦合时效热处理技术,实现了Cr粒子的细小弥散析出。发明了控形控性近净成形技术,实现了高压电器触头成形工艺和性能协同优化。(3)首次提出双机制协同强化Cu-Ni-Si系合金设计原则,发明了欠时效-冷轧-峰时效组合加工技术,实现了δ-Nb2Si粒子纳米级弥散分布。200℃加载100h抗应力松弛能力较“弹性铜合金之王”铍青铜提高1倍以上。(4)首次提出预时效析出Fe粒子抑制Cu-Fe-P系合金再结晶的工艺设计理念,率先研制出预时效-组合形变热处理技术,实现了纳米Fe粒子充分析出。开发的Cu-Fe-P合金引线框架带材抗软化温度提高50℃。主持制订《引线框架用铜及铜合金带材》等国家标准10项、行业标准3项,授权发明专利24件,出版专著3部,发表论文130篇,获省部级科技进步一等奖2项。整体技术达国际先进水平,部分指标国际领先。成果已在全国12家企业推广应用,其中7家企业近3年新增销售额45.51亿元。研制的Cu-Al2O3合金成功应用于机载/舰载雷达微波管,寿命提高1.5倍;Cu-Ni-Si合金成功应用于航空航天系列导航装备,寿命提高30%以上;Cu-Cr合金应用于世界电压等级最高±1100kV的昌吉-古泉直流工程开关设备,保障了稳定运行;开发出具有完全自主知识产权的Cu-Fe-P引线框架材料,打破国外技术封锁和价格垄断,实现了该材料由完全依赖进口到全面国产化。项目的实施,使中国高强高导铜合金制造水平迈入世界先进序列。
[成果] 1800120501 上海
TG2 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:高性能镁/铝合金材料基础研究。针对汽车轻量化材料应用需求,开展高品质原镁制备技术及杂质金属控制机理研究,揭示镁/铝合金压铸过程的凝固行为和组织特征、缺陷特征及其形成机理、凝固组织和析出相对力学性能和耐腐蚀性能的影响规律,开发汽车结构件用高性能镁合金和铝合金两类压铸材料,并探索研究燃料电池用和生物医用及传感器用等新型镁金属功能材料。大型复杂薄壁镁合金示范件压铸工艺。高性能铝合金结构件半固态成形技术。低成本高效率压力铸造设备开发。
[成果] 1800120164 湖南
V25 应用技术 电子和电工机械专用设备制造 公布年份:2017
成果简介:航空高性能铝合金材料的基础研究以现代大型飞机机体用高强高韧高淬透、超强高韧耐蚀、高耐损伤三类关键铝合金材料为对象,研究解决制约综合性能的关键科学问题,发展高综合性能铝合金成分与组织设计模式,研制新型铝合金原型,其综合性能比现有工业化铝合金提升10%以上;突破机翼、框梁和蒙皮用大规格铝合金材料制备关键技术,使其性能及其均匀性满足大飞机要求,波动性不大于5%,为中国航空铝合金材料的国产化与持续发展提供应用基础理论与技术支撑。
[成果] 1700250095 广西
TF1 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2016
成果简介:该项目属材料科学、冶金工程技术和机械工程三学科交叉领域,具体涉及材料的组织、结构、缺陷与性能,材料失效与保护,轧制和热处理工艺与设备等学科。铅基合金惰性阳极是制造生产其它有色金属的基础材料,被广泛应用于有色金属电化冶炼、铅蓄电池、大气治理等领域。随着中国汽车、大气污染治理等行业发展进入快车道,对长寿命铅基合金惰性阳极的需求量将越来越大,长寿命铅基合金惰性阳极具有巨大的市场前景和产业需求。中国铅基合金惰性阳极的制备技术水平不高,生产的铅基合金阳极存在成分不稳定、晶粒尺寸分布不均匀、富银相偏析严重、形变残余应力难以消除等加工缺陷,导致阳极服役寿命短,造成后续产品维护成本高、能耗大,影响行业的发展和市场竞争力的提高。为了克服传统Pb-Ag-Ca-Sr合金阳极材料制造方法存在的上述技术瓶颈,该项目开发了长寿命Pb-Ag-Ca-Sr合金阳极制备技术,取得了如下成果:设计和开发了Pb-Ag-Ca-Sr四元合金阳极材料的晶界特征分布优化技术,充分利用Pb<3>Ca对位错的钉扎作用,变不利因素为有利因素,解决了传统轧制工艺存在晶粒尺寸分布不均匀,形变残余应力难以消除,特殊晶界体积分数少的技术难题;突破了传统铸造方法制备Pb-Ag-Ca-Sr铸锭存在Ca、Sr成分不稳定、晶粒尺寸分布不均匀、富银相粗大且偏析严重等技术瓶颈,开发出四元合金材料熔炼铸造新技术。制备的Pb-Ag-Ca-Sr四元合金坯料,组织细小均匀,铸锭平均晶粒尺寸小于110μm。相比于传统铸造工艺,平均晶粒尺寸减小了58%;在废旧阳极板回收加工工艺中引入均匀化处理工序,解决了废旧含银阳极板重熔铸锭中富银相大量析出并团聚的技术问题,产品技术指标达到甚至超过非回收Pb-Ag-Ca-Sr合金阳极水平;结合电化学、力学性能测试体系,电积锌过程模拟装置和工业应用评价体系,建立了一套完整、科学的电化冶金用铅基惰性阳极性能综合评价系统和规范;建成了机械化程度高的长寿命Pb-Ag-Ca-Sr合金阳极生产线,实现了长寿命Pb-Ag-Ca-Sr合金阳极的批量生产。成果在南丹县南方有色金属有限责任公司实现了工业化应用,产品在电积锌和电解铜粉等领域得到推广应用,三年来,累计实现经济效益339.337万元,取得了显著的经济和社会效益;围绕核心关键技术申请发明专利5项,已经获得国家发明专利授权1项。
[成果] 1600390006 青海
TD9 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2016
成果简介:德尔尼高硫铜钴多金属矿含铜、钴、铁、硫等多种有价元素,投产以来,支撑了青海省果洛州90%以上的GDP,开创了中国高海拔地区矿产资源综合利用的先河,是青藏高原海拔最高、处理矿量最大的现代化矿山。项目获得了国家授权发明专利2项,发表论文14篇。关键技术及创新点如下:研究成功原生电位调控浮选技术处理高硫铜钴多金属矿的新工艺,并首次在国内外实现了高海拔地区高硫铜钴多金属矿的原生电位调控浮选技术的工业应用,解决了高海拔地区高硫铜钴矿铜硫分离效果差的难题。开发了添加ZJS-22活化剂浮选硫钴矿物新技术,取代硫酸,实现高碱选硫。开发了添加ZJNM-1处理含有机药剂废水的工艺,实现了废水的循环利用。高硫铜钴多金属矿高效利用节能减排关键技术集成创新,形成了西部高原特色的难处理高硫铜钴多金属矿资源高效利用及节能减排关键技术并取得重大突破。项目实施后,铜回收率由75%提高到了82%,铜精矿品位提高至18%,节约药剂成本约28%,得到了含硫48%以上、钴0.017%的硫钴精矿,硫回收率76%、钴回收率84%,尾矿废水COD含量从350-400mgL<'-1>降到50mgL<'-1>以下,项目成果获得应用以来,共新增产值11.30亿元,利税5.54亿元。
[成果] 1700350390 北京
TD9 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2016
成果简介:研究目的:微生物浸铜技术的理论与实践研究较多,但其工业推广的瓶颈在于其反应周期长,浸出率低等。该项目旨在从影响微生物浸矿效果的内因和外因两个层面解决制约微生物浸铜技术在工业上推广和应用的瓶颈问题,核心关键在于获取优良浸矿菌种的选育方法、揭示浮选药剂和共伴生脉石矿物对微生物浸铜效果影响规律和机理、阐明不同硫化铜矿物微生物浸出规律,为不同类型硫化铜矿微生物浸出过程和浸出效率的有效调控提供理论基础和技术支持。主要科学发现点:揭示了不同硫化铜矿的微生物浸出规律,最佳浸出条件下浸出率大小顺序为:久辉铜矿、斑铜矿、黄铁矿型黄铜矿、铜蓝、斑岩型黄铜矿;不论pH值、吸附时间和细菌浓度如何变化,细菌在硫化铜矿单位面积上的吸附量大小顺序与最佳条件下的硫化铜矿浸出规律均一致;从细菌选择性吸附、表面化学、固体物理、矿物学和结晶学等角度探讨规律的形成机理。发现不同脉石矿物在黄铜矿微生物浸出过程中可以起到促进或抑制作用,脉石矿物的质量浓度与粒度是影响铜浸出效果的主要因素。脉石矿物粒度相同时,浸出体系中单一脉石矿物在适宜质量浓度下促进黄铜矿微生物浸出的顺序是:石英、白云石、橄榄石、绢云母、蛇纹石,而石榴石、磷灰石、萤石对浸出过程有抑制作用。研究得出了浮选药剂对At.f菌氧化活性、浸铜效率的影响规律,抑制作用从小到大顺序为:11号油、2号油、丁基黄药、异丙基黄药、异戊基黄药、乙基黄药、丁胺黑药,且随药剂用量增加,抑制作用增强。同时发现不同长度碳链黄药对浸矿细菌的抑制作用主要是由于黄药在酸性介质中反应生成的产物醇类和CS2对浸矿细菌毒害作用导致。研究发现微波-化学复合诱变可以显著提高浸矿菌种的活性和浸矿性能,At.f诱变菌对低品位尾矿中铜的浸出效率比诱变前提高了35%;同时发现不需要添加无机盐培养基,尾矿中溶解出来的无机盐离子可满足菌种生长需求。成果产生的价值:该项目成果共发表学术论文40余篇,其中SCI收录8篇,EI收录24篇,被鉴定为国际先进水平。通过国内外查新检索表明,在国内外已公开发表的文献和专利中未见该研究成果的相同报导,查新确认了该成果的新颖性和创新性。该研究成果可应用于生物冶金和矿物加工等领域,可有效解决微生物浸矿普遍存在的细菌浸矿速度和浸出率不高的难题,能较好地指导生产实践,具有广阔的应用前景。
[成果] 1700320415 北京
TG2 应用技术 有色金属压延加工 公布年份:2016
成果简介:铝的比重是钢铁的1/3,很多铝合金力学性能与铸钢相当,用铝代钢已成为汽车等交通工具轻量化的重要发展方向。2014年中国原铝产量2438万吨,占全球1/2,但在汽车、动车、大飞机及国防军工所需的许多高强高性能铝合金还不能自给自足。高强高性能铝合金的一个主要特征就是高合金化,但这类合金在大型铸锭/铸件铸造中极易出现组织粗大、成分偏析、制品开裂等质量问题,而这类问题均与凝固过程的控制有关。上世纪70年代国际上发明了半固态成形技术,其本质就是在金属凝固到液-固两相区时实行控制凝固,但迄今未能大规模应用,主要是没有突破大体积金属的控制凝固。国内外针对金属控制凝固开展了如电磁搅拌、机械搅拌、超声振荡等研究,但效果均不显著;其中电磁搅拌具有可控性高、不污染熔体的优点,但存在搅拌不均匀、剪切强度低、处理大体积熔体难等问题。针对这些问题,在国家973等计划支持下,该项目首次提出熔体分散处理-汇聚-整体控制凝固的新方法,利用电磁场集肤效应的特点发明了环缝式强电磁搅拌熔体处理新技术,突破了高合金化铝合金大体积熔体控制凝固的难题,开发了与传统连铸、模锻、挤压铸造对接的集成技术,实现了高合金化铝合金细晶均质铸造技术的大规模生产应用。主要技术创新点如下:发明了环缝式强电磁搅拌络体处理新技术。创造性地将电磁搅拌原理与环形制浆室结构设计巧妙结合,提出了“熔体分散搅拌-汇聚-整体控制凝固”新方法,解决了传统电磁搅拌方法搅拌力不均匀、剪切强度低、不易处理大体积合金熔体的技术难题,实现了高合金化铝合金组织与成分均匀性的有效控制。发明了高合金化铝合金细晶均质大规格铸锭制备技术。将环缝式强电磁搅拌熔体处理技术与半连铸技术集成创新,发明了多维度均匀冷却凝固及精确调控方法,解决了大规格高合金化铝合金铸锭组织粗大、成分偏析严重、易于开裂的重大技术难题,实现了大于φ500mm的7075合金细晶均质铸锭的工业化应用。开发了车用关键铝合金零部件半固态成形成套技术及装备。将环缝式强电磁搅拌熔体处理技术与半固态坯料制备技术集成创新,突破了高硅铝合金半固态成形产业化关键技术,开发了半固态成套技术及装备,实现了车用斜盘、转子、涡轮盘等零件大规模生产和国产化。开发了高合金化培合金大型复杂铸件直接铸造成型技术。将环缝式强电磁搅拌技术、微合金化调控技术与挤压铸造技术集成创新,打破了超高强铝合金不能直接铸造成型的技术门槛,铸件的力学性能与传统锻铝件相当,实现了以铸代锻,以铝代钢,解决了民口配套重点工程任务的急需。申请发明专利33件,授权18件,发表论文65篇,制定企业标准2项。已在辽宁忠旺集团有限公司建成年产20000吨的高强铝合金细晶均质铸锭生产示范线,在湖南文昌新材科技股份有限公司建成年产8000吨铝合金半固态铸锭生产线和年产1000万件车用空调关键零部件生产线。项目完成单位近三年累计新增销售11.4亿元,利润1.6亿元;其他应用单位经济效益约15亿元。
[成果] 1700320419 北京
TG3 应用技术 有色金属压延加工 公布年份:2016
成果简介:以7050/7B04合金为代表的第三代7000系航空铝合金,是迄今为止商业化航空铝合金中用量最大、应用最广泛的品种,也是全世界航空航天制造业中最为重要的轻质结构材料之一,其预拉伸板产品(厚度划分:厚板10-60mm,超厚板60-200mm)被广泛应用于当代飞机的机身承力框和舱壁板、机翼翼梁和翼肋、翼身对接接头等制造,上述结构件重量一般占飞机结构总重的30%以上。在西方国家,第三代7000系航空铝合金及其预拉伸板制造技术已形成了许多技术标准和专利,但大量关键工艺参数的实际控制点和控制原理从未公开、并被视为核心秘密严加封锁。“十五”期间,由于中国尚未掌握7050/7B04合金预拉伸板制造技术,导致相关产品完全依赖进口、且经常遭到禁运,严重制约了国产先进战机、运输机、特种用途飞机、航天飞行器等重点型号研制发展。项目在国家863计划、科技支撑计划、XX配套试点计划等支持下,历时十年,围绕7050/7B04合金预拉伸板的工业化制造技术开展了全面攻关,取得了以下创新成果:1)丰富发展了高合金化7000系铝合金DC铸造过程中的凝固组织-铸造热应力协同调控理论,创新开发了熔体在线联合除气除杂-矮液位结晶器凝固-挡水板控制铸锭缓冷相结合的DC铸造新技术,使400-600mm厚度7050/7B04合金大规格方型铸锭的铸造成品率稳定实现90%以上,达到了国际先进水平;2)突破了高强铝合金板材轧制单道次变形量一般不超过15%、总变形量须达到85%。以上的传统理念,创新开发了板材轧制全过程窄温度区间控制-轧制中段大压下量的强变形加工新技术,能够使用厚度500-600mm铸锭、在60-70%总变形量条件下,轧制出微观组织和板型精度完全合格、最大厚度达200mm的板材,达到了国际领先水平;3)丰富发展了凝固与变形加工析出相-基体组织协同调控理论,创新开发了7050/7B04合金铸锭阶梯式均匀化退火-轧制板材分级固溶相结合的复杂多元析出相高效回溶处理新技术,使凝固与变形析出相的残留量和基体组织再结晶的比例控制达到了国际领先水平;4)创新开发了轧制板材固溶处理后的辊底式三段喷淋淬火-预拉伸消减残余应力新技术,以及多规格7050/7B04合金预拉伸板适用的T7451强韧化时效热处理技术,使产品的强度-延伸率-断裂韧性-疲劳性能-抗应力腐蚀和剥落腐蚀性能等综合性能匹配达到了国际先进水平。项目建立了完整的7050/7B04合金预拉伸板工业化制造技术体系,实现了10-200mm厚度完整系列规格产品的工业化生产,产品在多个重点型号中获得大规模应用,装机总量达数百架次,打破了国外对中国关键材料与技术封锁。近三年产品供货累计14763吨,实现销售收入13.33亿元,利润3.52亿元;获授权国家发明专利16项和实用新型专利6项、申请公开国家发明专利14项,形成企业技术标准和规范9项,发表学术论文71篇,培养博士后及毕业博士/硕士研究生26名。项目的社会效益和经济效益显著,应用推广前景广阔。项目获得2015年度国防科学技术进步奖一等奖、中国有色金属工业科学技术奖一等奖。
[成果] 1500520081 北京
TM2 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2015
成果简介:该项目从稀土高温相变机理出发,研究多元稀土铁系高性能稳定性优永磁材料制备过程中的关键科学问题。重要科学发现有:(1)发现高温相变过程中产生的中间相对组织性能的重要作用,创新出纳米微观结构与矫顽力机制模型。(2)发育完全的同时又发现富锆(Zr)长片相交互贯穿。由于1:5相和2:17相的畴壁能不同,在磁化或反磁化时又发现2:17相中畴壁被1:5相钉扎从而得到高矫顽力,合金的矫顽力取决于钉扎场。(3)稀土永磁合金的磁性能受到多种因素的影响:Co,Al配合使用加入到NdFeB合金中,加入10%Co,合金矫顽力峰值在4%A1处,如加入16%Co,合金的矫顽力峰值在2%处,这说明矫顽力峰值动态移动了。加入Al提高合金矫顽力,加入Co提高了合金的居里温度。两者组合加入可提高永磁合金的矫顽力和居里温度。另外加入适量的铌,可使稀土永磁合金的矫顽力和居里温度大幅度提高,使居里温度从312℃提高到513℃,稀土永磁合金矫顽力提高5%。(4)发现在600℃到750℃SmCo<,5>合金的母相析出的Sm<,2>Co<,17>,相晶核长大,在相变驱动力下相互碰撞,发生聚合,相变速度减慢,而其他的晶核还在自行长大,属于等温相变,待上述过程完成后,在一定温度下形成的新相不能再继续长大,需要升温才能有更大的驱动力。新的型核点,在这种热激活条件下继续进行核长大,实现“变温相变”。(5)在400-7501C从SmCo<,5>母相析出Sm<,2>Co<,17>相的同时,还发现析出Sm<,2>Co<,7>,相,在Sm<,2>Co<,17>相和Sm<,2>Co<,7>,相长大过程中,有交互作用。当降低温度时,又发现这种相度是可逆的。(6)在对矫顽力Sm (Co, Cu, Fe, Zr)<,7.4>,永磁合金原位动态观察时发现在400-750℃时,对合金的矫顽力具有决定作用的胞状组织(合金的组织结构尺寸为50nm的Sm<,2>(Co, Cu, Fe, Zr)<,17>主相被厚度为l0nm的Sm(Co,Cu,Fe,Zr)<,5>边界相包围,称为胞状组织)。(7)实验中发现了中间相。运作中间相使生产中废磁体转化为永磁体。潘树明按上述三元的重要新发现和授权发明专利的实施,写出的“强磁体稀土永磁材料原理制造应用一书”,2011年化学工业出版社出版是一部内容领先技术实用优秀的论著,已销售2500册,受到各高校及科研单位的欢迎与好评,积极推动行业的发展。2005年由潘树明著冶金工业出版社出版的“稀土永磁合金高温相变及其应用”,在国内外引用20多余次。曾任中国工程院副院长王淀佐院士、金属物理资深院士肖纪美评价该项目的实验科技成果可称弥足珍贵,创新点多,对于发展研究教学及生产,已发挥重要的作用。荣获国家最高科学技术奖的中国科学院工程院资深工程院副院长的师昌绪,稀土冶金专家工程院院士张国成称该项目工艺创新,生产技术创新。稀土永磁材料的发明者K.J Strnat来实验室观察时讲到:“我在美国提出的磁学理论试验中没有观察到,我到你们实验室观察的实验,证明了我的磁学矫顽力模型,这种国际领先的发明早公布供同行使用。”突破了日本的发明专利,为此推荐申报科技创新一等奖。
[成果] 1600500107 北京
TQ11 应用技术 基础化学原料制造 公布年份:2015
成果简介:该成果提供了一种先进固态储氢装置制造及应用技术。通过储氢系统的设计及应用模拟仿真技术优化储氢装置制备工艺参数,实现了由经验型开发向预测型开发的转变。通过自主研制的内置热交换器的储氢合金粉/金属复合氢化物床制备新技术,将储氢装置及其氢化物粉体床的传热性能提高60%以上。该成果技术已建成中试生产线,进入实际应用阶段。通过该成果技术自主研发的储氢装置可广泛应用于固定和移动式燃料电池的氢源系统以及半导体工业等各类需要高纯氢源的行业,具有十分广阔的应用前景。研制出40Nm<'3>储氢系统与5kW燃料电池系统成功耦合为通信基站备供电,电堆持续运行16小时37分钟,平均功率为3.07kW,累计发电量为54kWh;初步建立了储氢系统活化性能、充放氢性能、循环使用寿命和安全性能测试评价平台。在此基础上,制定了《通信用燃料电池固态储氢系统》(YDB 053-2010)的行业标准类技术报告,并形成了《燃料电池备用电源用金属氢化物储氢系统》的国家标准草案。
[成果] 1500210057 北京
U46 应用技术 [有色金属合金制造, 有色金属压延加工] 公布年份:2015
成果简介:该成果属于材料科学与技术领域。成果开展高硅铝合金材料的制备与成形整套关键技术研究,打破了国内高硅铝合金材料完全依赖进口的局面。主要创新点有:提出了“强制均匀凝固”和“分散-汇聚”的技术思想,发明了强制均匀凝固环缝式电磁搅拌熔体处理技术及装备;发明了高硅铝合金坯料环缝式电磁搅拌半连续铸造技术、高硅铝合金专用结晶器设计技术,实现了高硅铝合金铸锭的低成本半连续铸造,已经大规模替代进口使用;发明了大规格高硅铝合金坯料均热技术和装置,实现了坯料温度的精确控制;发明了坯料转移技术及装置,实现了坯料转移过程中的精确控制;发明了高硅铝合金零部件成形技术及模具,显著提高了模具的使用寿命。成果获得授权发明专利8顶,实用新型专利1顶,形成企业技术标准2顶;相关技术已经率先在湖南、浙江、山东等多家汽车车用空调制造厂家使用。
[成果] 1500520201 北京
TM92 应用技术 专用化学产品制造 公布年份:2015
成果简介:白光发光二极管(Light Emitting Diode, LED)具有高光效、长寿命、绿色环保等优点,在照明和液晶显示背光源领域得到广泛应用。商品化的白光LED主要通过蓝光芯片激发荧光粉(黄色、绿色和红色)的荧光转换型方式实现,荧光粉性能直接决定了器件的整体效率与发光品质。项目组针对国产白光LED荧光粉受国外专利壁垒制约,且制备技术落后致使高端产品严重依赖高价进口现状,通过国家科技部863计划等项目实施,发明了白光LED用新型高性能荧光粉及其先进制备技术,并实现产业化生产和应用。主要发明点如下:以石榴石结构铝酸盐荧光粉为基础,利用二价碱土金属元素不等价取代,同时通过电荷补偿技术,发明了新型铝酸盐黄粉/黄绿粉;通过耦合硅酸盐荧光粉光色可调范围宽以及铝酸盐荧光粉发光效率高、稳定性好等特性,发明了铝硅酸盐荧光粉。突破了国外在白光LED用铝酸盐荧光粉及封装领域的专利垄断,为国产LED荧光粉及器件出口提供了重要专利保障。专利成果先后获得“第十三届中国专利优秀奖”和“2010年度百件优秀中国专利”称号。通过基质组成与发光中心间的高效匹配规律研究以及氧族元素的可控引入,利用A1元素同族元素替换、氮基阴离子可控替换,发明了新型高性能氮化物红色荧光粉,荧光粉发光效率显著提升,且实现了其光色性在更大范围内可控调节,显著提升了抵御国外在氮化物红粉领域的专利阻击能力。针对氮化物荧光粉制备需要髙温高压苛刻条件现状,通过耦合惰性原料活化、碱土金属原料减量挥发等技术手段,在国际范围内率先发明了常压条件下氮化物红色荧光粉产业化制备技术,填补了国产氮化物红粉产品空白,其发光亮度等核心性能达到国外进口粉水平;发明了荧光粉晶粒表面惰性化修饰技术,经加速老化后荧光粉亮度衰减值降为原来的1%、色漂移(X)值降为原来的1.5%,解决了加速老化后条件下其结构崩塌和光色衰变的行业共性难题。发明了铝酸盐荧光粉的高温高氢连续化还原制备及先进后处理技术。通过气氛还原强度的可控调节、烧成温度场的合理梯度化、均匀化等技术,实现铝酸盐黄粉/绿粉的低成本连续化高效制备;通过荧光粉团聚晶粒的柔性解聚和表面特性改性技术,解决了业内铝酸盐荧光粉形貌和结晶度差的共性技术难题,且封装光效和稳定性得到显著改善。实现了国内量产铝酸盐黄粉的从无到有,利用其匹配蓝光芯片的白光LED封装器件光效提升4倍以上。上述发明已获得19件中国发明专利、6件国外发明专利授权,并形成40余款高性能产品,所封装冷白色(Ra为75)和暖白色(Ra为80)白光LED器件光效分别达148lm/W和140lm/W,处于国外先进水平。拥有400余家国内外客户,销售收入逾1亿元,直接带动下游产业约35亿元,国内市场占有率约20%(侧重中高端市场),打破了日美企业在中国市场的垄断、迫使其产品价格下降50%-90%,为国内下游企业减低成本近20亿元。通过成果辐射,为LED荧光粉国产化率从2009年的5%提升至目前的70%提供了重要支撑。
[成果] 1500470199 北京
X70 应用技术 金属废料和碎屑的加工处理 公布年份:2014
成果简介:适用范围:废旧钼制品再利用。基本原理:选择纯钼废料经过筛选作为钼回收的原材料,废钼经过化学、物理等方法(超声波清洗、压制烧结等工艺)进行表面净化,净化后的原材料进行电子束熔炼为高纯钼锭,经过机加工等方法制备成所需的钼制品。技术关键:1.自主研发了适用于废钼熔炼的新型电子枪,该电子枪具有工作效率高,阴极使用寿命长,电子束轨迹可观测和温度可监控,操作性强,电子枪对炉体真空敏感度低等特点。2.自主研发了多功能连续进料机构:针对金属废钼形状、尺寸均不规则,研发了可以连续装料和进料的进料系统,以保证获得较高的生产效率。主要技术指标:密度10.2g/cm<'3>,直径50-150mm,长度>1000mm。再利用后钼纯度:99.99%。投资效益分析:投资情况:总投资:2000万元,其中,设备投资1400万元。运行费用:180万元/a。环境效益分析:该技术投入生产后,大大提高了废钼回收的工作环境质量。
[成果] 1500520364 宁夏
TM2 应用技术 有色金属压延加工 公布年份:2015
成果简介:该项目属金属材料技术领域。集成电路是现代信息技术产业高速发展的原动力,已高度渗透与融合到国民经济和社会发展的各个领域,其技术水平和发展规模成为衡量一个国家产业竞争力和综合国力的重要标志。随着集成电路集成化程度越来越高,晶体管尺寸也越来越小,集成电路从10μm制程包含有2300个晶体管开始,到90nm、65nm制程包含多达17.2亿个晶体管,其制造技术的飞跃发展对材料提出了更高的要求。当制程进入到180nm后,国际先进的半导体制造商设计试验铜互连代替铝互连,相应的扩散阻挡层材料由钛设计成钽,从此高纯钽、铜金属在集成电路制造上开始得到应用。掌握集成电路用4N5钽、6N铜材料的冶金和靶材制造技术的国家只有美国和日本,中国该项技术和产品严重受制于发达国家。在“02国家重大科技专项”的支持下,该项目“300mm硅片工艺用溅射靶材研发与产业化”(2009ZX02031)实现了如下创新:1)发明了钽、铜靶材晶粒尺寸及织构控制关键技术,实现了晶粒尺寸、形状和织构可控,钽、铜靶材晶粒尺寸和织构的均匀性均优于美国和日本企业的控制水平。2)攻克了4N5钽的湿法净化、双项(反应物和还原剂)可控搅拌钠还原、高温蒸发提纯技术,6N铜电解提纯和真空熔铸制备技术,解决了钽中铌、钨、钼及铜中银等杂质去除的关键技术难题,纯度均满足客户要求的同时,这些杂质含量低于美国或日本公司水平。3)创新大面积异种金属焊接方法,解决了焊接工件材料之间原子扩散界面、材料应力变形及组织变异问题,有效提高了靶材和背板之间的结合强度,且焊接结合率大于99%,和美国、日本公司处于同一技术水平。4)发明了适用于低硬度高纯金属靶材和钽环件的高精加工技术,解决了钽、铜高纯金属在加工过程中容易发生应力变形的问题;设计多种专用工装和刀具,提高了定位及加工精度,保证了产品形位公差和表面质量,与国际同行技术水平相同。通过以上创新,实现了集成电路用高纯钽、铜金属从原料到成品靶材制备的国产化,产品经中芯国际90nm〜65nm制程认证,溅射薄膜颗粒、膜厚、方块电阻、单位时间刻蚀度、反射率、电性能、可靠性和使用寿命等指标均满足要求,并得到了台积电、中芯国际、日本东芝等客户的批量使用。申请国内外专利39项,其中授权发明专利23项、制定行业标准6项。项目的完成打破了发达国家对集成电路用高端靶材的垄断,建立了中国民族半导体工业的产业链,提升了中国在集成电路制造用材料的核心竞争力和国际地位,具有良好的社会效益。建成了年产150吨4N5钽原料和30吨高纯钽靶坯生产线,100吨6N铜原料和3000块高纯铜靶生产线以及年产50000块各类半导体溅射靶材生产基地,累计实现销售额4.8亿元,新增利润0.62亿元,出口4465万美元,全线达产后可实现年销售额20亿元以上。项目开发的晶粒尺寸、织构控制、大面积异种金属焊接及高精加工技术已应用到集成电路用铝、钛、镍、钨、钴及平面显示和太阳能等靶材技术领域,可实现100亿元以上销售额。
[成果] 1400191681 北京
TF1 应用技术 [工程和技术研究与试验发展, 金属铸、锻加工] 公布年份:2013
成果简介:该项目来源于国家863重点课题“高性能有色金属粉末材料先进雾化制备技术研究”、863课题“特种工艺方法制取低成本、高性能新型储氢材料的研究及批量化生产”、国家自然基金课题“快凝NiMnCo合金的组织演化及其对催化特性的影响”和科技部院所基金课题“高熔点高活性合金粉末气雾化制备技术开发”等科研及产业化项目。利用气体动力学理论并结合大量实验研究,优化设计出新型超音速气雾化喷嘴,掌握了其最佳雾化工艺条件,突破了气雾化的核心技术;自主研制成功适合高温高活性金属粉体在线精确分级技术,选分精度可控制在±5m内,保证了高温高活性粉体具有较低的氧含量以及产品质量的一致性和稳定性;同时解决了气动分级中惰性气体循环使用的技术难题,具有良好的节能环保作用;针对高温高活性金属粉体的制备,研制开发出适合高纯净高温高活性金属的熔炼坩埚,减少了熔体中杂质的掺杂,提高了粉体的品质;同时开发了复合式导流系统,可承受高温高活性熔体的长时间冲刷,完全满足连续雾化制粉的需要。自主设计并制造出国内首套200公斤金属粉体高效气雾化生产技术装备,可生产多种高性能高温高活性金属粉体材料。该技术装备生产过程由PLC控制,自动化程度高,整个生产过程在密闭环境中进行,实现了高温熔炼、雾化制粉、气动分级及高效筛分的一体化,最高雾化温度≥1700℃,产能达到200吨/年,所制备的合金粉末球形度好,细粉产出率高(≤30m铜锡合金粉末的出粉率≥70%),氧含量为≤300ppm,实现了高效、节能、环保的连续运行。利用该技术装备的高温高活性粉体材料已成功应用于航空航天用粉末冶金制品、高纯净粉末冶金靶材、金属注射成形、金刚石合成及工具等领域。近三年该生产线累计实现销售收入2359万元,利税401万元,产生良好的经济效益和社会效益。成果共形成授权发明专利5件,实用新型专利4件。
[成果] 1400192181 北京
TF8 应用技术 稀有稀土金属冶炼 公布年份:2013
成果简介:该项目为难熔金属冶金熔炼和应用技术领域。中国已成为世界第一钼的生产和出口国,在钼的原料和低端产品方面在国际上占有绝对优势,但是在高端和高附加值这样的高品质钼产品方面几乎没有优势,高品质钼主要依赖于进口。针对这种情况,北京有色金属研究总院开展了以制备高品质钼为目的的高纯熔炼钼的研究,最终确定采用电子束熔炼法制备高纯熔炼钼,并在国防军工和民用方面得到了推广和应用。该项目的主要研究内容有:熔炼钼用的电子枪的研制与改进、钼原料连续进料机构的研制、电子束熔炼钼的工艺参数的研究及最佳熔炼工艺参数确定,熔炼钼深加工产品的推广应用。技术经济指标:制备的高纯熔炼钼锭直径尺寸120mm,长度500mm以上,致密度达到99%以上,纯度高于99.99%,可用于多种深加工产品的制备。该项目研发了拥有自主知识产权的高品质金属钼的制备方法及相关装备,使中国摆脱了高品质金属钼主要依赖于进口的尴尬局面,极大地推进了中国钼制品行业的科技进步,对中国钼行业的发展具有重要的战略意义。北京有色金属研究总院所制备的高纯熔炼金属钼及深加工生产出多种高品质钼制品在国防军工、超大集成电路以及耐火材料、玻璃、稀土、机械制造、冶金等行业具有广阔的市场前景,与数十家民用企业以及相关的军工单位建立了良好的合作关系,高纯钼制品受到了客户的一致好评。
[成果] 1400230871 北京
TQ0 应用技术 稀有稀土金属冶炼 公布年份:2013
成果简介:1.项目研发背景、主要技术内容及技术经济指标:中国稀土冶炼分离产品占世界供应量95%以上,稀土的分离提纯主要采用溶剂萃取法,使用P<,5>O<,7>、P<,2>O<,4>、环烷酸等酸性萃取剂(有机相)进行萃取分离,为了提高有机相中稀土负载量和萃取分离能力,普遍采用氨水对酸性萃取剂预先皂化,该过程产生大量的氨氮废水,由于浓度低、成分复杂,回收能耗高、难度大,直接排放对水资源造成严重的污染。中国有稀土冶炼分离企业近百家,稀土年分离量为12-15万吨(REO),每年采用氨水皂化要消耗液氨10多万吨,近些年,包头地区、长三角地区、珠江三角地区和环太湖流域地区稀土企业多次因氨氮超标排放停产整顿,氨氮废水已经成为稀土工业特征污染物,严重影响到行业的正常发展。该项耳针对上述问题,发明了非皂化萃取分离稀土新工艺,分离过程不产生氨氮废水,并大幅度降低生产和环保成本,该技术主要发明内容及技术经济指标如下:①针对全球最大的稀土资源-包头混合型稀土精矿硫酸焙烧浸出液的萃取分组和转型过程,开发成功在硫酸体系中采用P<,2>O<,4>、P<,5>O<,2>及其混合萃取剂直接进行非皂化萃取分离新技术,实现了包头混合型稀士矿冶炼分离过程中无氨氮排放,并降低了生产成本。②针对盐酸(硝酸)体系高浓度混合稀土溶液的萃取分离,开发了萃取过程酸平衡技术,采用固体镁/钙碱土金属化合物或碳酸稀土调节萃取水相平衡酸度,实现了P<,5>O<,7>-盐酸体系的非皂化萃取分离。③针对高浓度中重稀土萃取分离体系,开发成功稀上浓度梯度及平衡酸度调控技术,以提高P<,5>O<,7>有机萃取剂中的稀土负载总量,实现了中重稀土元素的非皂化萃取分离。④开发成功非皂化萃取分离成套工程化技术及专用装备,实现了非皂化萃取分离工艺低成本稳定运行及工业应用推广。⑤针对非皂化萃取分离产生的含镁钙废水,开发出相应的综合处理回用技术。该项目已实现产业化并推广应用,稀土萃取回收率达到98.5%-99%,稀士纯度达到99.9%-99.99%,有机相稀土负载量达到0.17mol/L,生产过程不产生氨氮废水,并且大幅度降低生产成本。该技术共申请国家发明专利17项(国外专利4项),其中授权发明专利5项。发表论文10多篇。2.应用推广及社会经济效益:2005年以来,与11家稀土企业签订了技术转让协议,其中7家企业已成功实施。其稀土年分离量占全国分离总量的25%-30%(不包括未经授权使用的企业)。7家企业使用该项目技术合计新增销售收入75.17亿元(近三年,63.95亿元),新增利润11.19亿元(近三年,10.13亿元),新增税收4.69亿元(近三年,4.15亿元),节约材料成本1.13亿元,减排氨氮或钠盐废水407万吨,节省了大量废水处理费用,获得了显著的经济社会效益。该技术从源头解决了稀土萃取分离过程中氨氮废水的污染问题,降低了化工材料单耗,形成低投入、低消耗、高效率的节约型增长方式,为稀土企业达到2011年10月实施的《稀土工业污染物排放标准》提供了有力的技术支撑,为落实《国务院关于促进稀土行业持续健康发展的若干意见(国发(2011)12号)》文件精神做出了重要贡献。
[成果] 1400220040 北京
TG4 应用技术 专用化学产品制造 公布年份:2014
成果简介:该成果属于新材料技术领域。主要创新点有:1.在中温软钎焊材料基础上添加改性元素,提高了无铅焊料的可焊性、可靠性,综合性能更接近于原来的Sn-Pb共晶焊料。2.利用焊料内部金属间化合物(IMC)横向钉扎脆性解理面,改善了Sn-Bi系低温软钎料的脆性问题。3.采用纳米增强的方法,为现有高铅含量的高温软钎料无法实现无铅化替代问题提出了一种新的解决方法。4.突破了旋转盘雾化制粉的超高速电主轴应用等核心雾化技术,研制出适用于高品级焊粉类软质粉末的高速旋转盘雾化器。5.采用新型的DCS集散式控制系统设计,实现了整个系统的最优化控制。6.开发出精确气动分级技术及超声振动筛分装置,分级精度达2m。该成果获授权发明专利5项,实用新型1项。建成了两条具有自主知识产权的可年产2000吨SMT用合金焊料(粉)产业化示范生产线。成果直接应用于电子工业表面组装技术(SMT),近三年累计生产、销售合金焊粉2585吨,新增销售收入54407万元,实现利税4330多万元。
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