新材料與新工藝

新材料與新工藝

中廣核公司高性能隔磁片材料自主研制獲重大突破

5月17日，中廣核工程有限公司自主研制的反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（CRDM）用高性能隔磁片在上海第一機(jī)床廠完成最終冷熱態(tài)綜合性能驗(yàn)證試驗(yàn)及評價(jià)工作，試驗(yàn)結(jié)果全面優(yōu)于進(jìn)口隔磁片，標(biāo)志著我國高性能隔磁片材料自主研制工作取得了重大突破。

為解決核電機(jī)組CRDM產(chǎn)品的移動(dòng)銜鐵臨界釋放電流超差問題，打破國外在CRDM用隔磁片材料方面的壟斷，實(shí)現(xiàn)隔磁片材料的國產(chǎn)化，中廣核公司組織開展了高性能隔磁片材料的自主研發(fā)工作。此次試驗(yàn)使用的是曾在發(fā)生移動(dòng)銜鐵臨界釋放電流超差問題時(shí)進(jìn)行了170萬步性能試驗(yàn)的鉤爪組件，自主研制的隔磁片裝配在該套鉤爪組件中完成了完整的冷態(tài)、熱態(tài)和熱態(tài)后冷態(tài)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求，且自主研制的隔磁片在冷態(tài)和熱態(tài)后冷態(tài)試驗(yàn)中，各銜鐵打開臨界電流普遍優(yōu)于170萬步性能試驗(yàn)結(jié)果，顯著優(yōu)化了移動(dòng)銜鐵打開臨界電流，在熱態(tài)試驗(yàn)中臨界電流與170萬步性能試驗(yàn)結(jié)果相當(dāng)。

該項(xiàng)研發(fā)成果為徹底解決CRDM臨界釋放電流超差問題提供了強(qiáng)有力的支撐，實(shí)現(xiàn)了隔磁片材料的國產(chǎn)化，也為自主研制隔磁片應(yīng)用于華龍一號等后續(xù)核電機(jī)組奠定了基礎(chǔ)。

（北極星）

中科院合物院酚醛碳泡沫材料研究獲進(jìn)展

中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院應(yīng)用技術(shù)研究所先進(jìn)材料中心在開孔酚醛碳泡沫的電磁屏蔽性能研究方面取得新進(jìn)展，在閉孔電絕緣的酚醛復(fù)合泡沫基體上獲得了具有三維開孔結(jié)構(gòu)的酚醛碳復(fù)合泡沫材料。該材料不僅超輕且在電磁屏蔽方面具有較好的應(yīng)用前景。

與傳統(tǒng)金屬基屏蔽材料相比，聚合物泡沫材料具有質(zhì)輕、易加工、防腐蝕、成本低、自阻燃、高殘?zhí)柯实葍?yōu)良特性，但其導(dǎo)電性較差，在電磁屏蔽領(lǐng)域無法應(yīng)用。針對上述問題，研究人員開發(fā)了一種簡單的原位聚合法，將具有導(dǎo)電功能的碳納米管和具有微波吸收功能的納米Fe3O4復(fù)合到酚醛泡沫中，制備了一種功能化酚醛復(fù)合泡沫。該酚醛復(fù)合泡沫具有一定的導(dǎo)電性和電磁屏蔽性能，但尚無法滿足需求。研究人員再將此酚醛復(fù)合泡沫進(jìn)行高溫碳化處理，制備了一種酚醛碳復(fù)合泡沫材料，此時(shí)，部分納米Fe3O4被氧化成a-Fe2O3/g-Fe2O3。該酚醛碳復(fù)合泡沫材料具有三維開孔碳骨架結(jié)構(gòu)，且碳納米管均勻分散在碳骨架表面，使碳骨架、骨架表面的碳納米管，以及碳納米

管-Fe3O4形成3種導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，電導(dǎo)率高達(dá)3.6S/cm。由于納米Fe3O4和g-Fe2O3具有吸波功能和高電導(dǎo)率，因此，該酚醛碳復(fù)合泡沫材料（厚度2mm）的電磁屏蔽效率高達(dá)62dB，在電磁屏蔽領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

（合物院）

我國首臺1.5T液氦零揮發(fā)核磁共振成像超導(dǎo)磁體下線

4月26日，我國自主研發(fā)的首臺1.5T液氦零揮發(fā)核磁共振成像超導(dǎo)磁體在濰坊新力超導(dǎo)磁電科技有限公司成功下線，標(biāo)志著我國在醫(yī)學(xué)影像等中高端醫(yī)療器械的研究開發(fā)領(lǐng)域邁出了重要一步，將為實(shí)現(xiàn)“精準(zhǔn)醫(yī)療”發(fā)揮重要作用。

該超導(dǎo)磁體是核磁共振成像系統(tǒng)中最為重要的設(shè)備，其磁場強(qiáng)度、穩(wěn)定度、均勻度對圖像質(zhì)量影響較大。其高2m多，重達(dá)4000kg，室溫孔徑達(dá)845mm，液氦容量為800L，采用了4K再冷凝液氦回收技術(shù)，真正實(shí)現(xiàn)了液氦零揮發(fā)，大幅降低了液氦的使用成本。同時(shí)，該超導(dǎo)磁體采用優(yōu)化設(shè)計(jì)的多線圈組合結(jié)構(gòu)，線圈通入電流后的中心場強(qiáng)達(dá)到1.5T± 0.015T，具有較高的初始均勻度，經(jīng)被動(dòng)勻場后均勻度仍可達(dá)10ppm以下，可滿足高質(zhì)量成像的要求。

該超導(dǎo)磁體由濰坊新力超導(dǎo)磁電科技有限公司與中國科學(xué)院高能物理研究所聯(lián)合研制。未來，研究人員將進(jìn)一步推進(jìn)該超導(dǎo)磁體的產(chǎn)業(yè)化及推廣，以滿足國內(nèi)外市場需求，并研發(fā)3.0T液氦零揮發(fā)核磁共振分子成像超導(dǎo)磁體，進(jìn)一步提升我國分子影像系統(tǒng)的技術(shù)水平。

（KJ.0501）

我國首臺空間3D打印機(jī)研制成功

由中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院和中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程技術(shù)中心聯(lián)合研制的國內(nèi)首臺空間3D打印機(jī)在法國波爾多完成拋物線失重飛行試驗(yàn)，驗(yàn)證了其在微重力環(huán)境下的3D打印能力。

空間在軌3D打印制造是滿足空間站維修保障需求的有效方法，可大幅提高空間站實(shí)驗(yàn)和維修的靈活性，減少空間站備品備件的種類與數(shù)量，降低運(yùn)營成本，降低空間站對地面補(bǔ)給的依賴性。該空間3D打印機(jī)可打印的最大零部件尺寸達(dá)200mm×130mm，是美國國家航空航天局（NASA）首臺空間在軌打印機(jī)可打印尺寸的2倍以上。

目前，該空間3D打印機(jī)已在法國波爾多完成了拋物線失重飛行試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了塑料和復(fù)合材料等兩種材料及失重、超重、正常重力狀態(tài)下3類工藝參數(shù)、4種模型的微重力打印，成功獲取了微重力環(huán)境下影響3D打印工藝參數(shù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（KX.0426）

空客集團(tuán)通過數(shù)字化解決方案擴(kuò)展增材制造能力

歐洲空中客車集團(tuán)決定將正在使用的達(dá)索系統(tǒng)公司的3DEXPERIENCE平臺擴(kuò)展應(yīng)用到其增材制造項(xiàng)目中，以提高其增材制造能力。

據(jù)悉，3DEXPERIENCE平臺集成了設(shè)計(jì)、仿真和生產(chǎn)功能，通過該平臺，達(dá)索系統(tǒng)公司可提供一套端到端的解決方案，包括零部件增材制造的材料、設(shè)計(jì)、3D打印工藝優(yōu)化、生產(chǎn)和認(rèn)證等工程參數(shù)。

空客集團(tuán)將3DEXPERIENCE平臺作為“針對目標(biāo)的協(xié)同設(shè)計(jì)”（Co-Design to Target）行業(yè)解決方案體驗(yàn)的一部分，通過部署達(dá)索系統(tǒng)公司的增材制造軟件平臺，可對增材制造流程每一階段進(jìn)行虛擬驗(yàn)證，以優(yōu)化其概念設(shè)計(jì)，可支持飛機(jī)生產(chǎn)和飛行測試中所需樣件、工裝、零部件等產(chǎn)品的增材制造，提高設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和測試的靈活性，在不犧牲強(qiáng)度或性能的前提下減少材料浪費(fèi)，降低制造成本。

（李曉紅）

日本開發(fā)出鐵芯損耗降低15%的錳鋅鐵氧體新材料

日本FDK公司開發(fā)出了錳鋅（Mn-Zn）類鐵氧體新材料——6H60T，可用于工業(yè)設(shè)備用大功率電源變壓器等產(chǎn)品中。

半導(dǎo)體生產(chǎn)裝置等工業(yè)設(shè)備配備的電源正在向大功率、小型化、節(jié)能化等方向發(fā)展，迫切需要降低這些設(shè)備電源變壓器鐵芯材料的損耗。針對這一問題，F(xiàn)DK公司利用自主開發(fā)的“鐵氧體材料技術(shù)”，開發(fā)出了鐵芯損耗比原產(chǎn)品“6H60”降低15%（工作溫度為140℃）的6H60T。此外，該公司還能采用6H60T材料以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鐵芯形狀“UU79/129A”進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)。

（W.RJ）

中科院電工所研制出24T全超導(dǎo)磁體

中國科學(xué)院電工研究所的研究人員采用自主研發(fā)的高溫內(nèi)插磁體技術(shù)，將YBCO（氧化釔鋇銅）內(nèi)插磁體在15T超導(dǎo)背場下的中心磁場提高到了24T （4.2K），使我國成為繼美國、日本、韓國之后第4個(gè)研制出24T全超導(dǎo)磁體的國家，標(biāo)志著我國逐步吸收和掌握了極高場磁體制作技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)GHz（109Hz）級別的譜儀磁體和極高場大科學(xué)裝置奠定了基礎(chǔ)。

與Bi2223內(nèi)插超導(dǎo)磁體相比，YBCO超導(dǎo)磁體具有更高的上臨界磁場和臨界電流，且運(yùn)行穩(wěn)定性更好，更易獲取極高磁場。研究人員采用YBCO帶材，通過分級設(shè)計(jì)方式提高了整個(gè)線圈的安全裕度，利用特殊設(shè)計(jì)的焊接裝置制作出了性能優(yōu)良的磁體接頭，制作的內(nèi)插磁體在液氮測試條件下，當(dāng)運(yùn)行電流為32A時(shí)，中心磁體的磁場強(qiáng)度達(dá)到了1.62T（77K）；而當(dāng)運(yùn)行電流為167A時(shí)，內(nèi)插磁體在15T的超導(dǎo)背場中產(chǎn)生了9T的中心磁場，從而實(shí)現(xiàn)了中心場為24T的全超導(dǎo)磁體，其最高場達(dá)到24.3T。

（KX.0517）

全球首款石墨烯電子紙問世

廣州奧翼電子科技股份有限公司與重慶墨?？萍加邢薰韭?lián)合，成功研發(fā)出了全球首款石墨烯電子紙，并計(jì)劃在半年內(nèi)實(shí)現(xiàn)石墨烯電子紙的批量生產(chǎn)。這標(biāo)志著我國在石墨烯應(yīng)用方面走在了世界前列。

與傳統(tǒng)的電子紙相比，該石墨烯電子紙具有以下3個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是彎曲能力更強(qiáng)，強(qiáng)度更高，進(jìn)一步拓寬了電子紙顯示屏的應(yīng)用范圍，適用于穿戴式電子設(shè)備及物聯(lián)網(wǎng)等需要超柔性顯示屏的領(lǐng)域。其次，ITO（氧化銦錫）薄膜采用稀有金屬銦，價(jià)格昂貴且存儲量少，有短缺風(fēng)險(xiǎn)，而采用石墨烯生產(chǎn)成本較低，原料來源豐富。此外，由于石墨烯材料的透光率高，用其制作的電子紙顯示亮度更好。

該石墨烯電子紙輕薄如紙，可卷曲折疊，便攜、環(huán)保，可與柔性或剛性驅(qū)動(dòng)底板相結(jié)合，制作出剛性石墨烯電子紙顯示屏或超柔性石墨烯電子紙顯示屏，擴(kuò)展了電子紙顯示技術(shù)的應(yīng)用范圍。

（楠綜）

新材料、新工藝助力長征七號首飛

中國航天科技集團(tuán)公司航天材料及工藝研究所多項(xiàng)新材料、新工藝使我國新一代運(yùn)載火箭長征七號穿上了舒適的“防護(hù)服”，并提升了火箭的可靠性和運(yùn)載能力。

作為在海南發(fā)射場“首秀”的新型火箭，長征七號面臨著海洋鹽霧和濕熱環(huán)境的多重考驗(yàn)。該研究所采用特種涂層技術(shù)，解決了箭體耐水、耐鹽霧、多防護(hù)界面匹配等關(guān)鍵問題。為了使火箭在飛行中更“舒適”，該研究所開展了箭體外部防熱結(jié)構(gòu)研究，研制出了隔熱、燒蝕復(fù)合涂層，并首次采用了特種新材料“柔性陶瓷纖維氈”，與傳統(tǒng)防隔熱材料相比，其重量減輕40%以上，提高了火箭的運(yùn)載能力。

此外，為了對長征七號“液氧-煤油”超低溫推進(jìn)劑貯箱進(jìn)行絕熱防護(hù)，該研究所研制了密度極低的全閉孔泡沫塑料絕熱材料及與之配套的泡沫塑料自動(dòng)噴涂系統(tǒng)、大型仿形加工設(shè)備、實(shí)時(shí)測量加工設(shè)備等，為超低溫貯箱穿上了“防寒服”，保證了新型火箭結(jié)構(gòu)和箭上儀器設(shè)備的安全可靠。同時(shí)，為了適應(yīng)新型發(fā)動(dòng)機(jī)管路的高壓力（增壓40%以上）特性，使整體結(jié)構(gòu)重量更輕、可靠性更高，該研究所研制出了可靠性高達(dá)0.999999的新型復(fù)合材料氣瓶，總減重達(dá)900kg左右，大幅提升了火箭的可靠性和運(yùn)載能力。另外，該研究所還研制了大型“馮·卡門”外形碳纖維復(fù)合材料整流罩，不但減輕了20%的結(jié)構(gòu)重量，還憑借“流線型”身材進(jìn)一步提升了運(yùn)載能力。

（KJ.0626）

我國抗輻照結(jié)構(gòu)鋼具備核聚變工程應(yīng)用條件

中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院核能安全技術(shù)研究所研發(fā)的“中國抗輻照低活化環(huán)保型結(jié)構(gòu)鋼”（CLAM鋼）通過成果鑒定。鑒定專家認(rèn)為，該研究所研發(fā)的CLAM鋼各項(xiàng)性能優(yōu)異，材料性能數(shù)據(jù)滿足聚變堆包層設(shè)計(jì)需求，處于國際同類產(chǎn)品領(lǐng)先水平，對于推動(dòng)聚變堆和鉛基快中子堆等新型核能系統(tǒng)的發(fā)展具有重大意義。

聚變堆作為新型核能系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)材料是制約其發(fā)展的瓶頸之一，抗中子輻照性能是聚變堆結(jié)構(gòu)材料最重要的性能之一。研究人員秉承安全、清潔核能的發(fā)展理念，以工程化應(yīng)用為目標(biāo)，基于原創(chuàng)性新型核能系統(tǒng)中子輸運(yùn)理論模型，研發(fā)設(shè)計(jì)出了CLAM鋼，并已實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模制備，通過了大量的服役條件實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，具備了核聚變工程應(yīng)用條件。

CLAM鋼可服役于復(fù)雜核能系統(tǒng)極端物理環(huán)境，不會因中子活化而產(chǎn)生長壽命高毒性放射性核廢料，清潔、環(huán)保、安全，使我國新型核能結(jié)構(gòu)材料研發(fā)邁入了國際領(lǐng)先行列，對未來核能安全高效利用具有重要意義。

（刊綜）