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1、小课堂|新材料深度研究报告汇总:液态金属/超导/稀土/合金材料
小课堂|新材料深度研究报告汇总:液态金属/超导/稀土/合金材料
而我国一直处于稀土产业链的低端,主要集中在稀土开采、冶炼分离等环节,造 成稀土产品科技含量不高、产品附加值较低,衡量稀土产业核心技术之一是稀土 专利,虽然我国已经成为全球申报稀土专利数量最多的国家。
但是就专利质量而 言还有较大的差距,稀土发光材料:稀土发光材料是由稀土4f 电子在不同,因 激发方式不同,发光可区分为光致发光、阴极射线发光、电致发光、放射,稀土发光具有吸收能力强,转 换效率高,可发射从紫外线到红外光的光谱,特别在可见光区有很强的发射能力 等优点。
稀土发光材料已广泛应用在显示显像、新光源、X 射线,液态金属散热技术一种合金介质技术,真正称之为的液态金属散热技术,应该是 安全的合金介质组成,基于低熔点金属独特的热物理性质,液态金属不仅可在高 性能服务器、台式机、工控机、笔,而且还将在诸多关键领域扮演不可或缺的角色,如:先进能源领域(工 业余热利用、太阳能热发电、聚。
产业应用价 值巨大,未制定具体的专项政策,我国稀土矿山大多位于偏远山区,而监管机构设置在市 区,造成了执法部门监管困难,新能源汽车快速拉动高端稀土磁材需求,2017 年,我国新能源汽车累计销量达77.7 万辆。
同比增长53%,2018 年1-10 月,新能源汽车累计销量达86 万辆,同比增长76%,根据国家新能源汽车发展规划,2020 年新能源汽车产能将达到200 万辆,随着海外汽车品牌纷纷加入新能源汽车竞争。
预计全球2020 年新能 源汽车将达到300-40,3.2.1 液态金属的特点与性质,3.5.4 高温合金的产业阶段,(3)镍基合金,根据2017 年Stratistics MRC 公,2015 年全球超导产 品市场规模为8.2 亿美元。
到2022 年该市场规模将扩大至27.1 亿美元,复合 年均增长率(CAGR)达到18.6%,从整条超导产业链价值的角度来分析,超导材,更多有色信息技术,请关注微信公众号:有色技术平台,(2) 超导发电机,液态金属构建计算逻辑单元。
有望发展出灵活、智能、可控的计算系统,传统计 算机以顺序执行指令的方式运行,液态金属构建的计算机,由于能通过多种方式 同时进行编程,一次可同时执行多个指令,具有高度并行性的特点,因此运算速 度上可能更快。
液态金属也具有更好的散热性能,发热量更小,此外,液态金属 还兼具流体的柔性、可任意变形的特征,能够制作柔性的液体电子乃至半导体单 元,3.3.5 3D 打印用合金粉末的发展制约因素。
石墨烯具有一定的延展性,能够伸展20%,也就是说,石墨烯实际上是一种柔性 材质,与橡胶类似。
三星公司一直 在研究石墨烯晶体管,从而生产出柔性屏幕,另外,石墨烯也有一定的耐水性,有望应用在新一代的防水设备上,根据中国金属学会高温材料分会测算,我国目前高温合金材料年生产量约1 万吨 左右,每年需求可达2 万吨以上。
市场容量超过80 亿元,我国高温合金生产能 力与需求之间存在较大缺口,在航天航空、燃气轮机、核电等领域的高温合金主 要还,随着两机专项的推进以及航空航天工业、油气开采以及燃,《中国新材料产业发展报告》中预计2030 年我 国。
从高温合金的需求结构来看,全球航空航天需 求超55%,目前,石墨烯产业最大的瓶颈在于没有形成完整的、成熟的产业,石墨 烯研发制备企业和下游应用企业脱节。
目前石墨烯仍处于产业化初期,善未完全 实现石墨烯的规模化应用,对石墨烯产品最大的需求市场仍然是科研院校和少量 生,由于下游应用需求未起,大部分石墨烯企业目前仍无法找到稳定的商 业模式和盈,具有较高的高温强度、断裂韧性、抗氧化、抗热腐蚀和热,3.6.1 稀土功能材料分类及其特点与应用,目前全球高温合金年产量约30 万吨。
其中美国产量超过10 万吨,日本和德国接 近5 万吨,我国年产量1 万吨,我国稀土抛光材料行业在众多稀土材料应用领域中,跨越了从普通玻璃制造行业 转向光电子显示行业,由传统应用到光电子高技术提升的过程,稀土抛光材料以 其独特、灵活的使用特性,已经成为当今世界光电子传输显示行业必不可少的材 料。
目前,我国稀土抛光材料被广泛应用于液晶玻璃、手机面板、光,石墨烯中电子间以 及电子与蜂窝状栅格间均存在着强烈,科学家借助 了美国劳伦斯伯克利国家实验室的“先进光,这个加 速器产生的光辐射亮度相当于医学上X 射线强,科学家利用这一强光 源观测发现。
石墨烯中的电子不仅与蜂巢晶格之间相互作用强烈,而且电子和电 子之间也有很强的相互作用,(3) 高端应用技术有待突破,高温合金是航空航天发动机技术的难点和瓶颈,而航空航天技术是一个综合国力 的体现,同时也是保证国家安全的战略关键。
因此,我国全面启动“两机”专项,旨在航天航空领域实现自主可控,追赶上世界先进水平,可以判断,高温合金的 中期驱动主要来自“两机”专项带动的需求,钛及钛合金以其显著的比强度高、耐热性好、耐腐蚀、生,成 为医疗器械、化工设备、航空航天及运动器材等领域。
然而钛合金属 于典型的难加工材料,加工时应力大、温度高,刀具磨损严重,限制了钛合金的 广泛应用,而3D 打印技术特别适合钛钛合金的制造,一是3D 打印时处于保护 气氛环境中,钛不易与氧、氮等元素发生反应。
微区局部的快速加热冷却也限制 了合金元素的挥发,二是无需切削加工便能制造复杂的形状,且基于粉材或丝材 材料利用率高,不会造成原材料的浪费,大大降低了制造成本。
目前3D 打印钛 及钛合金的种类有纯Ti、Ti6A,可广泛应用于航空航天零 件及人工植入体(如骨骼,牙齿等),从企业盈利情况来看,目前国内石墨烯生产企业的总体盈利能力很弱,一些宣 称具备百吨年产能的生产企业,企业产值和盈利能力远远没有预期的高。
多数 企业处于亏损状态,从2017 上半年的营收情况来看,4 家企业规模均不大,营 业收入最多的第六元素也仅有1175 余万元,最小的华高墨烯2017 上半年营业收 入仅有44 ,由于主营的石墨烯产品均未实现规模化生产和销售。
4 家公 司业绩全部处于亏损状态,(6)《“十三五”材料领域科技创新专项规划》,(1)应用研发不足,产业化进程缓慢,(2)扶持政策缺乏,规模化效应不明显,(3)产业体系不完善,发展后劲不足。
3.3 3D 打印用合金粉末,新材料按产业阶段划分成先进基础材料、关键战略材料、,先进基础材料主要包括钢铁、有色、石化、建材、轻 工,关键战略材料主要包括高端装 备用特种合金、高性能纤,前沿新 材料包括3D 打印材料、超导材料、智能仿生,液态金属具有高强度、高硬度,极强的耐磨性和耐腐蚀性。
非常好 的散热性、电磁屏蔽性以及自驱动性,目前液态金属可用于散热器 和电子增材制造领域,但凭着其优越的性能,液态金属在未来还有 非常广阔的应用空间,3D 打印用合金粉末可以分为铁基合金、钛及钛基合金。
由于3D 打印技术的市场前景十分 广阔,打印用的材料合金粉末也相应拥有了更大的需求空间,目前 我国高端3D 打印用合金粉末也开始从实验室走,超导材料具有零电阻和完全抗磁性的特点,应用领域有输电电缆、 超导发电机、超导磁体、超导限,目前国内超导材料主要从 美国和日本进口,成本昂贵,超导行业发展必将产生对超导材料大 量的需求。
因此,超导行业要发展壮大,超导材料必须国产化,高温合金具有较高的高温强度、断裂韧性、抗氧化、抗热,主要应用于航空航天领域和能源领域。
高温合金作为航 空发动机投入的重点材料,未来增速较为可观,中长期来看,核电、 工业、舰船等领域突破性需求也带来高端合金行,稀土按功能划分为稀土永磁材料、稀土催化材料、稀土储,不同种类稀土都有自己独特的 性能和应用领域。
我国是稀土资源大国,资源拉动了我国稀土功能 材料的快速发展,我们认为新材料企业不同于互联网企业拥有未来巨大流量,P/S 的方法并不试用,此外P/B 的方法更适用于强周期的 重资产行业。
EV/EBITDA 的估值方法适用于资本密集型企业,考虑 到新材料行业属于成长型行业同时天花板较高,PEG 是一种合理的 方法,但新材料行 业的盈利增速并不稳定,盈利增速的 方差较大,如果仅凭个别年份 的高增长就给予较高的估值,很可能在下一个年 份就遭遇戴维斯双杀,因此我们认为结合合理P/E 的PEG 方法更适 合。
报告内容:,进入“十三五”后,为促进新材料 产业发展更上一层楼,相关政策频频加码,从 发布《“十三五”国家战略性新兴 产业发展规划》,到成立国家新材料产业发 展领导小组,从发布《 新材料产业发展指南》 到为中国制造202,不断在政策上为新材料产业提供支持。
根据《,重点领域技术路线图》及《新材料产业发展指南》,新材 料产业总体分为先进基础材料、关键战略材料和前,以创新驱动为导向,持续推进供给侧结构性改革,加强稀土战略资源保护,规范 稀土资源开采生产秩序,有效化解冶炼分离和低端应用过剩产能。
提升智能制造 水平,扩大稀土高端应用,提高行业发展质量和效益,充分发挥稀土战略价值和 支撑作用,(一)稀土资源开采方式粗放,资源浪费与环境污染并存。
3.2.7 液态金属的发展制约 因素,(7)《新材料标准领航行动计划(2018-2020,是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格,石墨 烯具有优异的光学、电学、力学特性,在材料学 、微纳加工、能源、生物医学和 药物传递等。
被认为是一种未来革命性的材料,从产业链来看,3D 打印主要包括打印设备、打印材料和服务三大类,市场份额 占比分别为39%、37%和24%,相比国外。
我国3D 打印行业市场规模较小、产业 链发展滞后,多数企业产能主要集中在3D 打印机设备生产环节,而打印原材料、 图像处理以及下游市场应用环节较薄弱,目前,我国高端3D 打印原材料仍然依 赖进口,未来具有较大的进口替代空间,3.3.1 3D 打印用合金粉末分类及其特点与应用,1.1 新材料的基本概念。
(2)热性能,1.2 国家发展新材料产业的重要意义,超导材料具有在较高磁场下有较大临界电流密度、高的临,目前,技术最成熟、应用最广泛、商业化程度最高的超导材料是。
各国研发和生产重点超导材料是YBCO 高温超导材料,YBCO 第二 代超导材料是未来超导材料发展的方向,而国内超导材料主要是依赖于美国和日 本进口,价格昂贵,占应用产品的50%左右成本,超导行业发展必将产生对超导 材料大量的需求。
因此,超导行业要发展壮大,超导材料必须国产化,推动新材料产业提 质增效,面向航空航天、轨道交通、电力电子、新能源汽车等 产。
扩大高强轻合金、高性能纤维、特种合金、先进无机非金,逐步进入全球高端制造业采购体系,(2)电子增材制造,新能源电池也是石墨烯最早商用的一大重要领域,美国麻省理工学院已石墨烯基 超级电容 器结构与 不,可极大降低制造透明可变形太阳能电池的成本。
这种电池有可能 在夜视镜、相机等小型数码设备中应用,另外,石墨烯超级电池的成功研发,也 解决了新能源汽车电池的容量不足以及充电时间长的,极大加速了新能源电 池产业的发展,这一系列的研究成果为石墨烯在新能源电池行业的应用铺,LM105 液态金属合金与其他不同工艺的材料进行对,其性能均优于其他合金。
LM105 液态金属合金的另一个独特优势是具有高弹,这个特 性可以应用于其他金属不能满足的特定领域,包括:要求在压力下弯曲,且不能屈服变形的医疗设备,可以反复弯曲,且不能出现塑性变形或者硬化的压力传感 器。
每当压缩到固定尺寸都能达到一个特定的力的精密弹簧,稀土储氢材料:人们很早就发现,稀土金属与氢气反应生成稀土氢化物REH2,这种氢化物加热到1000°C以上才会分解,而在稀土金属中加入某些第二种金属 形成合金后,在较低温度下也可吸放氢气。
通常将这种合金称为贮氢合金,在已 开发的一系列贮氢材料中,稀土系贮氢材料性能最佳,应用也最为广泛,其应用 领域已扩大到能源、化工、电子、宇航、军事及。
用于化学蓄热和 化学热泵的稀土贮氢合金可以将工厂的,从而开辟出,1.3.1 国家新材料产业政策脉络,(2)《有色金属工业发展规划(2016-2020 ,对于高温合金高端产品要达到世界先进水平,其技术需要经过逐代积累,政策资 金投入起到了加速这一过程的效果,但最终时间很难判断。
可能是一个较为漫长 的过程,1.3.4 国家新材料总体政策 导向小结,3.2.5 液态金属的产业阶段,在现代先进的航空发动机中,高温合金材料用量占发动机总量的40%~60%,在航 空发动机上,高温合金主要用于燃烧室、导向叶片、涡轮叶片和涡轮盘。
此外,还用于机匣、环件、加力燃烧室和尾喷口等部件,提高新 材料基础支撑能力,顺应新材料高性能化、多功能化、绿色化发展趋势,推动特色资源新材料可持续发展,加强前沿材料布局,以战略性新兴产业和重大 工程建设需求为导向。
优化新材料产业化及应用环境,加强新材料标准体系建设,提高新材料应用水平,推进新材料融入高端制造供应链,到2020 年,力争使若 干新材料品种进入全球供应链。
重大关键材料自给率达到70%以上,初步实现我 国从材料大国向材料强国的战略性转变,3.5.2 高温合金的应用领域,镍基合金是一类发展最快、应用最广的高温合金,其在650~1000°C 高温下有 较高的强度和一,广泛用于航空航天、石油化工、船舶、能 源等领域,例如,镍基高温合金可以用在航空发动机的涡轮叶片与涡轮盘。
常用 的3D 打印镍基合金牌号有Inconel 6,新材料作为国民经 济的先导性产业和高端制造及国防工,是 各国战略竞争的焦 点,“一代材料、一代产业”,从材料的应用历程可以看出。
每 一次生产力的发展都伴随着材料的进步,新材料的发现、发明和应用推广与技术 革命和产业变革,在全球新一轮科技和产业革命兴起的大背景下,欧美 韩日俄等全球20 多个主要国家纷纷制定了与新,启动 了100 多项专项计划。
大力促进本国新材料产业的发展,2.1 先进基础材料,高温合金市场受航空发动机和燃气轮机重大专项驱动较为,考虑政府直接投 入以及带动地方及社会专项投入,预计投资总金额将达到 3000 亿元,高温合金 作为航空发动机投入的重点材料,未来增速较为可观。
中长期来看,核电、工业、 舰船等领域突破性需求也带来高端合金行,航空发动机被称为“工业之花”,是航空工业中技术含量 最高、难度最大的部件 之一,作为飞机动力装置的航空发动机,特别重要的是金属结构材料要具备轻质、 高强、高韧、,这几乎是结构材料中最高的性能 要求。
(1)强度非常高,(4)《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》,石墨烯出色的延展性,还能够让其十分轻,足够拉伸到到透明的程度,这就意味 着,如果手机厂商可以使用这种材质,不仅能够让手机更耐用、防水。
还可以变 得更轻,定义:高温合金是指在650°C以上,具有一定力学性能和抗氧化、耐腐蚀性能的 合金,或指以铁、镍、钴为基,能在600°C以上的高温及一定应力作用下长期工作 。
3、 重点材料解读,使用超导限流器不只可以对电网过流进行有效抑制,还具有主动复位功能,有助 于提高电网的稳定性,2.2 关键战略材料,处于产业初创期,具有重大产业化前景。
石墨烯产业化还处于初创期,一些应用 还不足以体现出石墨烯的多种“理想”性能,而世界上很多科研人员正在探索“杀 手锏级”的应用,未来在检测及认证方面需要面对太多挑战,有待在手段及方法 上不断创新。
虽然石墨烯的理论性能优异,功能应用范围很广,但是目前石墨烯 产业要实现或接近其理论应用,还有非常大的距离,(三)先进半导体材料和新型显示材料:先进半导体材料。
着力开发衬底及外延、 芯片及封装、系统集成及可靠性,大力推进功率器件、射频器件 与光电器件产业化,推动4G 通信及下一代互联网技术发展,按照材料种类划分,3D 打印金属材料可以分为铁基合金、钛及钛基合金、,报告综述:,(四)新型能源材料:新能源是降低碳排放、优化能源结,新能源材料是引导和支撑新能源发展的重要基础。
对新能源的发展发 挥了重要作用,一些新能源材料的发明催生了新能源系统的诞生,一些新能源材 料的应用提高了系能源系统的效率,新能源材料的使用也直接影响着新能源系统 的投资与运,新能源材料主 要包括硅碳负极材料、 新能源复合金属,在此大背景下,欧美日俄韩等全球20 多个主要国家纷纷制定了与新材,启动了100 多项专项计划。
大力促进本国新材料产业发展,相对 而言,我国新材料产业起步晚、底子薄,材料先行战略没有得到落实,核心技术 与专用装备水平相对落后,关键材料保障能力不足,整体仍处于培育发展阶 段。
3.2.6 液态金属的主要上市 企业情况:略,由于利益的诱惑,我国一些地方小企业在开采稀土资源时采用粗放的开采方,不惜以破坏生态环境为代价,换取短期 利益,造成稀土矿产滥采滥挖 、采富 弃贫 、资源回收利用。
以 应 用 为 牵 引 构 建 新 材 料 标 准,围 绕 新 一 代 信 息 技 术 、高 端 装 ,加强新材料产品标准与下游行业设计规范的衔接配套,加快制 定重点新材料标准,推动修订老旧标准。
强化现有标准推广应用,加强前沿新材 料标准预先研究,提前布局一批核心标准,加快新材料标准体系国际化进程,推 动国内标准向国际标准转化。
(4)柔性显示屏,随着科学技术的发 展,人们在传统材料的基础上,根据现代科技的研究成果,开 发出新材料,新材料按产业阶段划分成先进基础材料、关键战略材料、,3.2.3 液态金属的应用领域。
(一)高性能纤维及复合材料:高性能纤维是国家战略性,是发展国防军工重要的基础原材料,《中国制造 2025》明确提出,新材料产 业是需要突破发展的十大重点领域之一,工信部发布的《重点新材料首批次应用 示范指导目录(。
也将碳纤维、玄武岩纤维、连续碳化硅纤维列为“关键战,3.2.4 液态金属的市场空间,1.3.3 不同地区新材料产业政策布局解读:略……,3D 打印机可分为消费级和工业级,其中,消费级3D 打印机主要面对消费型、娱 乐型以及对产。
而工业级3D 打印机主要面对质量精度要 求较高的航,数据显示,近年来 全球3D 打印下游行业应用中,汽车行业应用规模占比较大,达到30%左右,其 次是消费品行业。
占比达20%,(1)传感器,3.6 稀土功能材料,(2) 完全抗磁性,超导材料的温度低于临界温度而进入超导态以后,只要外加磁 场不超过一定值。
该超导材料便把磁力线排斥体外,因此其体内的磁感应强度总 是零,超导材料最独特的性能是电能在输送过程中几乎不会损失,随看 材料科学的发展,超导材料的性能不断优化。
实现超导的临界温度越来越高,20世纪末,科学家合成了在室温下具有超导性能的复合材料,室温超导材料的研制 成功使超导的实际应用成为可能,超导的缺点为现有的高温超导体还处于必须用液态氮来冷,这种情况是 比较难大规模做到。
在整条通讯线路上采取这样的技术是不太实际的,新材料作为国民经 济先导产业和高端制造及国防工业的,未来将成为各 国战略竞争的焦点,当前在新一轮科技革命和产业变革大势下,全球新材料产业 格局发生重大调整,新材料与信息 、能源、生物等高技术 加速融合,互联网+、 材料基因组计划、增材制造等新技术新模式,新材料创新步伐持续加快。
国际竞争日趋激烈,3.1.3 石墨烯的应用领域,石墨烯极有可能在未来取代锂电池,成为新一代的电池标准,美国西北大学的研 究人员已经成功研发出石墨烯和硅材,充电15 分钟可以实现约一周的 续航能力,石墨烯最具前景、高附加值的应用领域主要集中在电子信,但上述领域应用多处于技术攻关和储备期。
离产业化仍有较长距 离,在集成电路、光电器件、传感 器、信息存储等领域的 ,技术储备、基础配套不足,取得产业突破尚需时日,七是材料人才队伍建设。
通过机制与制度创新,加强材料领域人才队伍建设,形 成材料领域核心领军人才、研究开发人才、工程技术,提升创新创业人才队伍的整体素质和水平,满足材料领 域发展的需求。
(三)先进化工材料:化工新材料是新材料产业的一个重,是基础化学工 业最具活力和发展潜力的领域,发 展化工新材料产业在突 破国内资源“瓶颈”,环境保护、调整产业结构,保持石油和化学工业平稳、较快和可持续发展方面“大 。
2.3 前沿新材料,(2)高性能靶材:积极发展高纯 稀有金属及靶材、原,加快推进高纯硅材料、新型半导体材料、磁敏材料、高性,2、 新材料的分类与概况,石墨烯具有非常良好的光学特性,在较宽波长范围内吸收率约为2.3%,看上去 几乎是透明的。
在几层石墨烯厚度范围内,厚度每增加一层,吸收率增加2.3%,大面积的石墨烯薄膜同样具有优异的光学特性,且其光学特性随石墨烯厚度的改 变而发生变化,这是单层石墨烯所具有的不寻常低能电子结构。
室温下对双栅极 双层石墨烯场效应晶体管施加电压,石墨烯的带隙可在0~0.25eV 间调整,施加 磁场,石墨烯纳米带的光学响应可调谐至太赫兹范围,3.5.6 高温合金行业发展前景,3.6.5 稀土功能材料的发展制约因素,目前国家层面石墨烯材料标准尚未出台,部份企业与地方政府将石墨与石墨烯的 概念混为一谈。
学术界与企业界对石墨烯层数的标准判定也存在争议,如一些企 业宣称实现石墨烯量产,但多是晶格缺陷高、多层堆叠的类石墨烯产品,井非真 正单层石墨烯,一些企业将"类石 墨烯”产品甚至是纯石 墨产品宣传,混淆市场,新型显示材料的发展目标是实现产 能利用率保持合理水。
产品结构不断优化,行业资源环境效率显著提高,发展重点:印刷显示方面,重点发展小分子OLED 和高分子OLED,柔性显示方面,重点发展关键发光材料,注入层、传输层等有 机物,全面掌握有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)技术。
在全息、激光、柔性 等显示技术以及新型显示材料领域,我国新材料产业起 步晚、底子薄、总体发展慢,仍处于培育发展阶段,新材料产 业发展的滞后,已成为制约制造强国建设的重要瓶颈,在国民经济需求的百余种 关键材料中,目前约有1/3 国内完全空白,约有一半性能稳定性较差。
部分产品 受到国外严密控制,当前,我国正处在经济转型和结构提升的关键期,加快发展 新材料,对推动技术创新,支撑产业升级。
建设制造强国具有重要战略意义,(一)石墨烯:石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道,石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性,在材料学、微纳加 工、能源、生物医学和药物传递等方,被认为是一种未来 革命性的材料,石墨烯的具体应用 分类为:石墨烯改性防 腐涂料、石,(3)轻特性。
3.4.1 超导材料的特点与性质,(3)《稀土行业发展规划(2016-2020 年),(4)新一代计算机,(1)散热器,(三)3D 打印用合金粉末:用于3D 打印的材料,3D 打印金属材料可以分为铁 基合金、钛及钛基合金。
(5)与人类的身体互联,(5)自旋传输,(4)钴基合金,(1)导电性,(三)稀土产业政策不完善,行业监管困难。
我国政府近年来在稀土资源开采、稀土行业准入条件等方,出台了一系列相关 政策,正是由于出台了限制出口、开采总量控制等政策,导致稀土前端企业经营 绩效良好,这说明政策调控对前端企业发挥了比较明显的调控效用,但是在增强 高端产业核心技术研发能力、培养 高科技,依据国际发展趋势、国内基础和面临的挑战。
紧密结合经济社会发展和国防建设的重大需求,重 点 凝 练七个任务 方向,(5)《新材料产业发展指南》,以加强供给侧结构性改革和扩大市场需求为主线,以质量和效益为核心,以技术 创新为驱动力。
以高端材料、绿色发展、两化融合、资源保障、国际合作,加快产业转型升级,拓展行业发展新空间,到2020 年底我国有色金属工业 迈入世界强国行列,前 瞻 布 局 前 沿 新 材 料 研 发,突 破 石 墨 烯 产 业 化 应 用 技 术,拓 展 纳 米 材 料 在 光 电 子 、 新能源,开发智能材料、仿生材料、超材料、低成本 增材制造材。
加大空天、深海、深地等极端环境所需材料研发 力度,形成一批具有广泛带动性的创新成果,3.4.3 超导材料的市场空间,(四)超导材料:超导材料具有零电阻、抗磁性以及宏观,应用领域非常广泛。
在电工学领域,超导材料的主要应用领域包括超导电缆、 超导限流器、,目前 各国研究人员研发和生产的重点是YBCO 超导,并认为其是未来超导材料发展的主要方向,3D 打印用金属粉末材料包括钛合金、铝合金、青铜合。
钛合金粉 末在金属零件3D 打印产业链中是最重要的,也是最大的价值所在,钛及钛 合金球形粉末制备技术一直为美、德、英等西方,随着金属3D 打印产业的发展,球形钛合金粉体材料的制备技术将进一步完善及产业化,老一 代技术将得到大幅度更新换代,新的制备技术及工艺也将不断涌现。
坚持以安全环保、集约发展为重点,升级和调整传统化工,加快培育化工新材料 及其基础原料,巩固发展高性能聚烯烃、高端工程塑料、特种合成橡胶等,提高化工新材料整体自 给率。
加快精细化工的 绿色工艺和产品开发,重点突破高端表面活性剂、微电子行业的各类化学用剂等,液态金属是指一种不定型金属,液态金属可看作由正离子流体和自由电子气组成 的混合,液态金属也是一种不定型、可流动液体的金属,1.3 国家新材料产业政策,3.4 超导材料,石墨烯有望在诸多应用领域中成为新一代器件。
为了探寻石墨烯更广阔的应用领 域,还需继续寻求更为优异的石墨烯制备工艺,使其得到更好的应用,石墨烯虽 然从合成和证实存在到今天只有短短十几年的,但是已成为今年学者研究的 热点,其优异的光学、电学、力学 、热学性质促使研究人 员,随着石墨烯的制备方法不断被开发,石墨烯必将在不久的将来被更广泛的应用到 各领域中。
3.5 高温合金,四是纳米材料与器件,研发新型纳米功能材料、纳米光电器件及集成系统、纳米,突破纳米材料宏量制备及器件加工的关键技术与标准,加强示范应用,(1)稀有金属:稀有金属涂层材料、高纯铟,(2) 能源领域,(5)防腐涂料。
一是重点基础材料技术提升与产业升级,着力解决基础材料产品同质化、低值化,环境负荷重、能源效率低、资源瓶颈制约等重大共性问题,突破基础材料的设计 开发、制造流程、工艺优化及智能,开展 先进生产示范,(6)电子的相互作用。
传统电缆在进行电力输送时,有6%-8%的电能在输送时以热能的形式损耗,如 将高温超导带材应用于输电电缆(称为高温超导电缆,则其系统整损耗仅相当于 传统输电电缆的40%,且传输容量数倍于传统电缆。
有效地提高了电能的利用 率,降低了占地空间,(4)非常长的电池寿命,3.1.4 石 墨 烯 的市场空间,(3)表面处理,六是新型功能与智能材料。
以稀土功能材料、先进能源材料、高性能膜材料、功 能,大力提升功能材料在重大工程中的保障能力,以超导材料、智能/仿生/超材料、极端环境材料等前沿,抢占材料前 沿制高点,稀土超抛光材料:稀土抛光材料作为研磨抛光材料以其粒,已经广泛应用于光学 玻璃、液晶玻璃基板以及触摸屏玻。
特别是近年来随着液晶显示器 的产业的兴起与不断壮大,高性能液晶抛光粉得到了快速发展,三是材料基因工程关键技术与支撑平台,构建高通量计算、高通量实验和专用数 据库三大平台,研发多层次跨尺度 设计、高通量制备、高 通量表征与,实现新材料研发周期缩短一半、研发成本降低一半的 目,(1)输电电缆,超导线圈磁体可以将发电机的磁场强度提高。
超导发电机的单机发电容量比常规 发电机提高一倍,而体积却减小二分之一,整机重量减少三分之一,发电效率提 高百分之五十,(2)极强的耐磨性和耐腐蚀性,从产品类型来看,超导分为低温超导和高温超导。
其中,低温超导应用范围最广 泛,随着技术的不断改进,高温超导需求将不断增加,从应用领域来看,磁共振 成像将成为应用需求最多的一个领域,另外。
电子电气将成为超导技术需求增速 最快的领域,目前国内以3D 打印金属粉末的研发、生产为主营业务,下面介绍几家发展规模较大的重点粉末研发生产公司,独特的LM105 液态金属合金对比其他材料,如316 不锈钢这种通常被认为可以广 泛应用于腐蚀。
具有惊人的抗腐蚀性,液态金属合金的这种优越的 抗腐蚀性在工业应用中更加,潜在应用包括:汽车装饰件和在苛刻条件下应 用的产品,3.1.6 石墨烯的主要上市企业情况,处于产业初创期,具有重大产业化 前景,目前我国已经全面突破了实用化低温超 导线材制备技术。
已具备批量制备千米级实用化MgB2 超导线材的能力,我国第 一代高温超导带材(BSCCO-2223)与,关键技 术指标基本达到了实用化的要求,已经进入产业化发展阶段,在第二代高温超导 带材(YBCO)方面。
我国与国际先进水平的差距迅速缩小,上海和苏州等地均以 企业形式制备出了千米级的YBC,而且已经有一定量的销售和使用,处于产业初创期,具有重大产业化前景。
高温合金行业具有很高的进入壁垒,高 温合金产品具有很高技术含量,要求一定的技术储备和研发实力,能够进入该领 域的企业数量十分有限,材料产业的进步需要逐代技术积累。
目前我国在高温材 料和产品方面尚未有完整的产业体系,技术积累较为缺乏,在航空发动机的关键高温用材上还需依赖国外进口,科学家认为石墨烯会是理想的自旋电子学材料,因为其自旋-轨道作用很小,而 且碳元素几乎没有核磁矩。
使用非局域磁阻效应,可以测量出,在室温状况,自 旋注入于石墨烯薄膜的可靠性很高,并且观测到自旋相干长度超过1 微米,使用 电闸。
可以控制自旋电流的极性,消费电子展上可弯曲屏幕备受瞩目,成为未来移动设备显示屏的发展趋势,柔性 显示未来市场广阔,作为基础材料的石墨烯前景也被看好,韩国研究人员首次制 造出了由多层石墨烯和玻璃纤维聚,韩国三星公 司和成均馆大学的研究人员在一个63 厘。
制 造出了一块电视机大小的纯石墨烯,他们表示,这是迄今为止“块头”最大的石 墨烯块,随后,他们用该石墨烯块制造出了一块柔性触摸屏。
研究人员表示,从 理论上来讲,人们可以卷起智能手机,然后像铅笔一样将其别在耳后,石墨烯是 一种非常好的材料,它有很多很好的优点,比如说,它的透光率比传统材料的透 光率更高。
所以石墨烯显示屏的显示更加清晰,另外,石墨烯的电阻率比传统材 料电阻率更低,所以石墨烯显示屏触控起来更加灵敏,(4)自驱动性。
液态金属可在吞 食少量物质后以可变成 机器形态,进行长时间 高速运动,实现了无需外部电力的自主运动,当输入的光波强度 超过阈值时,这独特的吸收 性质会开始变得饱和,这种非线性 光学行为称为可饱和吸收,阈值称为饱和流畅性。
给予强烈的可见光或近红外线 激发,因为石墨烯的整体光波吸收和零能隙性质,石墨烯很容易就变得饱和,石 墨烯可以用于光纤激光器的锁模运作,用石墨烯制备成的可饱和吸收器能够达成 全频带锁模,由于这特殊性质。
在超快光子学里,石墨烯有很广泛的应用空 间,液态金属“搭桥”,建立信号通道,人体神经功能快速重 建成为可能,因为神经 功能主要是通过电信号的传输和响应来实现的。
基于这一考虑,首次提出了具有 突破性意义的液态金属神经连接与修复,旨在迅速建立切断神经之间的信号通路及生长空间,从而提高神经再生效率并降低肌肉功能丧失的风险,石墨烯是已知强度最高的材料之一,同时还具有很好的韧性。
且可以弯曲,石墨烯的理论杨氏模量达1.0TPa,固有的拉伸强度为130GPa,而利用氢等离子改性 的还原石墨烯也具有非常好的强度,平均模量可大0.25TPa,由石墨烯薄片组成 的石墨纸拥有很多的孔。
因而石墨纸显得很脆,然而,经氧化得到功能化石墨烯,再由功能化石墨烯做成石墨纸则会异常坚固强韧,稀土永磁材料:稀土永磁材料是将钐、钕混合稀土金属与,用粉末冶金方法压型烧结,经磁场充磁后制得的一种磁性材料。
土 永磁材料是现在已知的综合性能最高的一种永磁材料,它比十九世纪使用的磁钢 的磁性能高100 多倍,比铁氧体、铝镍钴性能优越得多,比昂贵的铂钴合金的磁 性能还高一倍,(一)先进钢铁材料:钢铁是铁与碳、硅 、锰、磷、硫。
其中铁外,碳的含量对钢铁的机械性能起着主要作用,故统称为铁碳 合金,它是工程技术中最重要、也是最主要的,用量最大的金属材料。
先进钢铁 材料的含义是在环境性、经济性、资源性的约,采用先进制造技术生产具有 高洁净度、高均匀度、超细,强度和韧度比传统钢材有很大提高,钢材使用寿命增加满足21 世纪国家经济和社会发展的,为了满足3D 打印的工艺需求,金属粉末必须满足一定的要求,粉末的流动性是 粉末的重要特性之一。
若流动性太 差会造成打印精度降低 甚至打印失败,此外,为了获得更致密的零件,一般希望粉体的松装密度越高越好,采用级配粉末比采 用单一粒径分布的粉末更容易获得高,此外。
稀土矿产和冶炼生产过程中,也对周围居民生活环境产生了严重影响,造 成了地下水污染,农作物绝收,严重影响了周围居民的正常生活和生产,铜合金的导热性能良好,可以制造模具的镶块或火箭发动机燃烧室。
NASA 采用3D 打印技术制造了由GRCop-8,内 壁采用SLM 工艺制造,再以电子束熔丝沉积完成外壁的制造,该燃烧室经过全功 率点火测试后,仍然保持良好的形状,证明了3D 打印工艺在节约大量时间和工 艺成本的基,取得了与传统工艺同样的效果。
(3)液态金属在散热性、电磁屏 蔽性方面均在轻合金,而且在加热 条件下不易变形、不易导热,3.1.5 石墨烯的产业阶段,3.4.6 超导材料的发展制约因素,3.1 石墨烯,进入新世纪以来。
我国有色金属工业发展迅速,基本满足了经济社会发展和国防 科技工业建设的需要,但与世界强 国相比,在技术创新、 产业结构、质量效益、 绿色发展、资源,坚持绿色发展 理念,严格准入条件,优化产业布局,严格控制资源、能源、环境容量不具备条件地区的冶炼产。
大 力推广安全高效、能耗物耗低、环保达标、资源综合,强化从源头防控金属污染,由高耗能向绿色、低碳转变,稀土催化材料:轻稀土镧、铈和镨等元素具有独特的4f,在化学反应 中具有良好的助催化性能。
因此被 用作优良的催化材料,目前已进入工业生产的 稀土催化材料包 括分子筛稀土,主要应用于石油催化裂化(FCC 催化剂)、机动车尾,自驱动可变形、能跑、会跳的液态金属,为研发柔性机器人提供了思路,柔性机 器、可变形机器在材料学和机器学中是一个非常,而柔性正是液态金 属特有的行为,另一个有意思的地方是“液态金属机器”在运动中遇到拐。
好似略作思索后继续行进,在遇到比“身体”小一点的缝隙时,甚至会“挤过去”,因此自驱动、柔性、可变性是这项技术的三大特点,3.5.3 高温合金的市场空间,具体而言。
我国发展新材料产业有四个方面的核心任务要求:一是聚,提升关键战略材料的保障能力,二是推动生产过程的 智能化和绿色化改造,提高先进基础材料国际竞争力,三是加快布局前沿新材料,抢占全球新材料产业未来发展的制高点,四是推动稀土、钨钼、钒钛、锂、石墨 等特色资源新材,其中。
前三个任务要求是围绕关键战略材料、先 进基础材料和,第四个核心任务要求则是结合我国在新 材料领域的特色,提出的有针对性的发展要求,液态金属合金被分类为无磁性材料,表现为顺磁性,液态金属合金不能加磁,与 其他磁性物体接触也不会保留任何磁性,电磁开关的外壳。
核磁共振设备的组件,或者高射频功率的应用领域,使用液态金属的这个特性会更合适,(1)铁基合金,石墨烯的研究与应用开发持续升温,石墨和石墨烯有关的材料广泛应用在电池电 极材料、半,鉴于石墨 烯材料优异的性能及其潜在的应用价值,在化学、材料、物理 、生物、环境、能 源等众多学科。
研究者们致力于在不同领域尝试不 同方法以求制备高质,并通过对石墨烯制备工艺的不断优 化和改进,降低石墨烯制备成本使其优异的材料性能得到更广泛的应,并逐步 走向产业化,(2)修复断裂神经,新材料是指新出现 的具有优异性能和特殊功能的材料,或是传统材料改进后性能 明 显 提 高 和 产 生,新 材 料 产 业 是 材 料 工 业 发 展 的。
是 重 要 的 战 略性、基础性产业,在建设制造强 国、巩固国防军工中占 据重要地位,“一代新 材料造就一代新装备,一代新装备 需要一代新材料”,每 个工业强国的崛起。
都 需要雄厚的材料工业作为坚强支柱,3.6.2 稀土功能材料的市场空间,我国上海电气、东方电气、哈尔滨汽轮机厂等大型发电设,拉动了对发电设 备用的涡轮盘的需求,正在进行国产化研制的新一代发电装备-大型地面燃机(。
实现量产后将带动对 高温合金的需求,同时,核电设备的国产化,也将拉动对国产高温合金的需求,但是在电工学应用领域,达到或接近实用价值的超导材料仅6 种,分别为NbTi、Nb3Sn、BSCCO、MgB2、,其中NbTi 和Nb3Sn 占电工应用超导材料的9。
BSCCO 和MgB2 处于应用示范阶段,ReBCO 涂层超 导体开始实现批量制备,铁基超导体具有较高的上临界磁场和不可逆磁场,在强 磁场应用方面有很大的潜力,计划的目标为:到2020 年,完成制修订600 项新材料标准,构建完善新材料产 业标准体系。
重点制定100 项“领航”标准,规范和引领新材料产业健康发展,新材料标供给结构得到优化,基于自主创新技术制定的团体标准、企业标准显著 增多,建立3-5 个新材料领域国家技术标准创新基地。
形成科研、标准、产业 同步推进的新机制新模式,建设一批新材料产业标准化试点示范企业和园区,促 进新材料标准有效实施和广泛应用,提出30 项新材料国际标准提案,助力新材 料品种进入全球高端供应链。
石墨烯具有与生物互联的特点,这对健康检测类可穿戴设备具有非常积极的影响,使用石墨烯作为传感器,将可以监测和扫描人类的神经系统,未来有可能会出现“精神健康”类的监测设备及应用,二是战略性先进电子材料。
以第三代半导体材料与半导体照明、新型显示为核心,以大功率激光材料与器件、高端光电子与微电子材料为重,推动跨界技术整合,抢占先进电子材料技术的制高点,根据2017 年Business Wire 公布的。
2017 年全球超导产品市场规模 高达61 亿美元,2022 年将达到88 亿美元,复合年均增长率(CAGR)约为7.5%,在超导材料应用领域,高温超导材料的市场份额将会逐步扩大,据美国能源部预 测到2020 年低温超导材料应用市,高温超导材料市场占55%,到2030 年低温超导材料应用市场将达到31.3%。
高温超导材料市场占68.7%,汽车涡轮增压器、发动机排气管、内燃机的阀座、镶块 ,因此这部分也是 高温合金材料重要的应用领域,其中汽车涡轮增压器又是最主要的车用高温合金应用领域,涡轮增压器是高端乘务车、重型卡车及特种装备车辆(搅,由于涡轮端工作温度高,均采用高温合金,目前国内 大量使用的增压涡轮材料是自行研制的K21。
K418,K419 和K4002 等铸造高温 合金,国外用于增压涡轮的材料有Inconel713C,GMR235,MAR-M247,MAR-M246,X40 等。
3.1.7 石墨烯的发展制约因素,石墨烯在锂离子电池中的应用比较多元化,目前已经实现商业化的是用在正极材 料中作为导电添加,来改善电极 材料的导电性能,提高 倍率性能和循环寿命,目前比较成熟的应用是将石墨烯制成导电浆料用于包覆磷,正 极用包覆浆料目前主要包括石墨浆料、碳纳米管浆料。
随着石墨烯粉体、石墨 烯微片粉体量产、成本持续降低,石墨烯浆料将 呈现更好的包覆性能,石墨烯浆料将随锂电池增长而稳步上升,锂离子电池主要应用于手机、笔记本电 脑、摄像机等便,并积极地向电动力汽车等新能源汽车领域 扩展,具有长期发展前景。
铝合金密度低,耐腐蚀性能好,抗疲劳性能较高,且具有较高的比强度、比刚度,是一类理想的轻量化材料,3D 打印中使用的铝合金为铸造铝合金,常用牌号有AlSi10Mg、AlSi7Mg、AlS,韩国通信卫星Koreasat-5A 及Koreas。
不仅由原来的多个零件合成一个 整体制造,零件重量比原设计降低22%,制造成本降低30%,生产周期缩短1—2 个月,通过梳理和分析国家新材料产业相关的政策脉络及相关核。
我们可以看出,国家发展新材料产业的核心目标是:提升新材料的基础支,实现我 国从材料大国到材料强国的转变,(二)液态金属及其电子浆料:液态金属是在常温下呈液,拥有极佳的流动性和物化稳定性,易于成型,是超越铜、银、铝等传统材 料的颠覆性新材料,是人类开发利用金属材料的第二次革命。
液态金属具有许多 独特的性能,如优异的磁性、耐蚀性、耐磨性 、高的强度、硬度和韧,由于 它的性能优异、工艺简单,从80 年代开始成为国内外材料科学界的研究开发重 ,促进特色资源新材 料可持续发展,推动稀土、钨钼、钒钛、锂、石墨等特色资源 高质化利,加强专用工艺和技术研发,推进共伴生矿资源平衡利用。
支持建立 专业化的特色资源新材料回收利用基地、矿物,在特色资源新 材料开采、冶炼分离、深加工各环节,推广应用智能化、绿色化生产设备与工艺,发展海洋生物来源的医学组织工程材料、生物环境材料等,石墨烯因其独特的二维结构在传感 器中有广泛的应用,具 有体积小、表面积大、 灵敏度高、响应时间快、电。
能 提升传感器的各项性能,主要用于气体、生物小分子、酶和DNA 电化学传感器,新加坡南洋理工大学开发出了敏感度是普通传感器100,美国伦斯勒理工学院研制 出性能远超现有商用气 体传,(四)先进无机非金属材料:无机 非金属材料是以某些。
是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称,(4) 传统产业应用效果不突出,液态金属 电子增材 制造技 术应用 及产业 化项目,通过液态金属电 子墨水直接快速制造出 柔性可拉伸电,且个性化程度高,可实时定制。
作为先进制造领域的一种从材料体系到制造系统 全过程,该技术高度贴合了当前及今后个性化、柔性化电子快 速,金属3D 打印技术不能有效推广的主要原因是,材料的种类少及其制备还未能满 足设计要求,并且国内金属3D 打印材料大部分依赖进口。
价格昂贵,开发专用 的、廉价的金属3D 打印原材料,是推动金属3D 打印发展的必然因素,(1) 零电阻,导体在温度下降到某一值时。
电阻会突然消失,即零电阻,这一 现象称为“超导现象”,具有超导性的物质,称为超导体,超导体如钛、锌、铊、 铅、汞等,在超导状态。
当温度降至温度(超导转变温度)时,皆显现出某些共 同特征,一个超导体环移去电源之后,还能保持原有的电流,五是先进结构与复合材料,以高性能纤维及复合材料、高温合金为核心。
以轻质 高强材料、金属基和陶瓷基复合材料、材料表面,解 决材料设计与结构调控的重大科学问题,突破结构与复合材料制备及应用的关键 共性技术,提升先进结构材料的保障能力和国际竞争力,石墨烯可以用来制作晶体管,由于石墨烯结构的高度稳定性,这种晶体管在接近 单个原子 的尺度上 依然能 稳定,相比之 下。
目前 以硅为 材料的 晶体管在10 纳米左右的尺度,石墨烯结构的高度稳定性可以用来制作 晶体管,这种晶体管在接近单个原子的尺度上依然能稳定地工作,电子在石墨烯 中的传输速度比硅快100 倍,使得由它制成的晶体管可以达到极高的工作频率。
石墨烯晶体管的工作频率可超过100GHz,我国高性能纤维复合材料行业面临一个新的大发展时期,如城市化进程中大规模 的市政建设、新能源的利用和大,在巨大的市场需求牵引下,高性能纤维 复合材料产业的发展将有很广阔的发展空间,(2) 上下游结合待突破,石墨烯时代还未到来,3.1.1 石墨烯的特点与性质。
(二)先进有色金属材料:有色金 属狭义的有色金属又,是铁、锰、 铬以外的所有金属的统称,广义的有色金属还包括有色合金,有色金属材料是经 济社会发展的基础性材料,是国防军工和新科技革命的战略性材料。
人类社会对 有色金属的需求有着很大空间,有色金属工业是制造业的重要基础产业之一,是 实现制造强国的重要支撑,(1)精度,以石墨烯的生产和销售为主营业务的上市企业有四家,分别为第六元素、二维碳 素、凯纳股份、华高墨稀,定义:是指具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以,现已发现有28 种元素和几千种合金和化合物可以成为。
目前研究 人员发现具有超导特性的材料已有数千种,包括金属、合金、化合物以及有机物 等,3.2 液态金属,铁基合金是3D 打印金属材料中研究较早、较深入的一,较常用的铁基合 金有工具钢、316L 不锈钢、M2,铁基合金使用成本较低、硬度高、韧性好。
同时具有良好的机械加工性,特别适 合于模具制造,3D 打印随形水道模具是铁基合金的一大应用,传统工艺异形水 道难以加工,而3D 打印可以控制冷却流道的布置与型腔的几何形状,能提升温度场的均匀性。
有效降低产品缺陷并提高模具寿命,(2)抗腐蚀性,高温合金是能够在600°C以上及一定应力条件下长期,高温合金 是为了满足现代航空发动机对材料的苛刻要求,至今已成为航空发动机 热端部件不可替代的一类关键材,目前。
在先进的航空发动机中,高温合金用 量所占比例已高达50%以上,(1)国内石墨烯企业还未找到盈利模式,与常规磁体相比,超导磁体的优点是其耗能小。
可以达到较高的磁感应强度,如 用传统方法产生的磁场,其耗电功 率近,每分钟需冷却水,技术上也比较困难。
但是使用超导磁体,其耗电功率仅为几百瓦,3.5.1 高温合金的特点与优点,3.4.2 超导材料的应用领域,(2)钛及钛合金,3.3.3 3D 打印用合金粉末的产业阶段。
3.6.4 稀土功能材料的企业情况:略,3.3.2 3D 打印用合金粉末的市场空间,(3)光学特性,(5) 标准缺失导致概念混淆,石墨烯独特的二维结构使它对周围的环境非常敏感。
具有表面吸附性、巨大的表 面积等特性,可以制做电化学传感器、气体传感器、生物传感器等,与传统的传 感器相比具有体积小,表面积大,灵敏度高。
响应速度快,石墨烯在传感器领域 应用具有广阔的前景,《指南》提出,“十三五”要深入 推进供给侧结构性改革,坚持需求牵引和战略 导向,推进材料先行、产用结合,以满足传统产业转型升级、战略性新兴产业发 展和重大。
着力构建以企业为主体、以高校和科研机构 为支撑、军,着力突破一批新 材料品种、关键工艺技术与专用装备,不断提升新材料产业国际竞争力,《指南》 从突破重点应用领域急需的新材料、布局一批,《指南》作为“十三五”时期指导新材料产业发展的专项,将引导新材料产业健康有序发 展,(3)晶体管。
处于产业初创期,具有重大产业化前景,3D 打印用合金粉末的制造由实验室研 究走向产业化,逐步将实验室研究成果落地产业化,尽早摆脱我国在高 端球形钛合金粉末领域受制于国外的。
(1)《中国制造2025》,(五)其他材料:,液态金属工艺,最终成型的产品在尺寸精度和可重复性上是可以和机加工,没有附加的成本和废弃材料。
LM105 的液态金属合金模具成型工艺,其缩 水率非常小,仅有0.4%,(4)饱和吸收,3D 打印对打印用粉的成分、粒度、形貌等都有严格要,而国内采用简单的物 理破碎制粉工艺生产的粉末。
无法满足3D 打印条件,小装置小批量的生产模式,也导致各种球形金属粉末产量低、生产不连续、成本高等,严重制约了3D 打印技术的发展,(1) 航空航天领域,液态金属做“墨水”,直接生成电 子电路。
助推定制化电 路生产模式,用液态金 属电子电路打印机,10 分钟就能把电脑中的电路图清晰打印出来,插上电源还 能显示电路走向,其突破了传统打印电路需在平面进行的空间限制,可以在任意 弧度、曲向面上以及柔性材质上打印电路,液态金属打印可应用于电子逻辑单元 构筑、软体机器人。
由于稀土永磁材料的使用,不仅促进了永磁器件向小型化发展,提高了产品的性 能,而且促使某些特殊器件的产生,所以稀土永磁材料一出现,立即引起各国的 极大重视,发展极为迅速,我国研制生产的各种稀土永磁材料的性能已接近或达 到。
石墨烯稳定的晶格 结构使碳原子具有优秀的导电性,石墨烯中的电子在轨道中移 动时,不会因晶格缺陷或引入外来 原子而发生散射,由于 原子间作用力十分强,在常温下,即使周围碳原子发生挤撞,石墨烯中电子受到的干扰也非常小,(1)高强度、高硬度。
液态金属的强度是铝、镁合金的10 倍以上,不锈钢、钛 合金的1.5 倍以上,在轻合金中,液态金属的比强度也是最高的,(6)铜合金,料可占超导设备成本的40%-50%。
从产业链盈利能力的角度来分析,超导材料的 盈利能力最强,毛利率可达50% 左右,据国家新材料产业发展战略咨询委员会 分析师称,“目前国内超导材料主 要从美国和日本进口,成本昂贵,约占超导应 用产品成本的50% 左右”。
(5)磁性,(1)电子电路打印,处于产业初创期,具有重大产业化前景,液态金属是一种高新技术材料,具有卓 越的物理、化学和力学性能,是电力、电子、计算机、通讯等高新技术领域的关 键材,市场需求大。
产业化前景非常广阔,而且它的发展和应用可带动一批相 关领域的技术进步和,在电子技术中,液态金属以其高效、低损耗、高 导磁等优异的物理性能,并可部分替代传统的硅钢、坡莫合金和铁氧体等材料。
可以预测,在 未来的电子技术中液态金属将占据十分重要的位置,3.6.3 稀土功能材料的产业阶段,1.3.2 重点新材料相关政策文件摘要,钴基合金也可作为高温合金使用。
但因资源缺乏,发展受限,由于钴基合金具有 比钛合金更良好的生物相容性,目前多作为医用材料使用,用于牙科植入体和骨 科植入体的制造,目前常用的3D 打印钴基合金牌号有Co212、Co。
长期来看,随着新能源、航空航天、原子能工业 、结构陶瓷、生物,稀土深加工及应用的结 构升级,稀土功能材料的市场容量和附加值也将进一步扩大,了人类有效利用各种能源的新途径,利用稀土贮氢材料释 放氢气时产生的压力,可以用作热驱动的动力,采用稀土贮氢合金可以实现体积小、重量轻、输出功率 。
可用于制动器升降装置和温度传感器,(5)铝合金,目前石墨烯应用主要是以“添加剂”形式对涂料、改性纤,而现阶段石墨烯对这些传统材料的性能并没有“质”的提,如“石墨烯”涂料防腐性能以及润滑剂的润滑效果没有大,石 墨烯在强度、光学、电学等方面的超优异性能并未在。
“杀手锏”级、 颠覆性的石墨烯应用技术和产品尚未出,3.1.2 石墨烯的优点,(二)稀土产品附加值低,产业缺乏核心技术,(3) 超导磁体,无机非金属材料的提法是20 世纪40 年代以后,随着现代科学技术的发展从传统 的硅酸盐材料演变而来。
无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列 的,新型无机非金属材料是20 世纪中期以后发展起来的,具有特殊 性能和用途的材料,它们是现代新技术、新产业、传统工业技术改造、现代国,(3)柔性机器人,(4) 超导限流器,(2) 如橡胶般具有延展性,石墨烯具有非常好的热传导性能。
纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/m,是目前为止导热系数最 高的碳材料,高于单 壁碳纳米管(3500W/mK)和多壁碳纳米,当它作为载体时,导热系数也可达600W/mK,此 外。
石墨烯的弹道热导率可以使单位圆周和长度的碳纳米管的,液态金属材料可以将粗糙度做到0.05Ra μm 以,这是相当优异的性能,对其 他任何工艺来说,如果不做例如超精加工、研磨或抛光等二次加工,都如法达到 这种效果。
在一些应用领域,反光性能是非常重要的,液态金属合金的产品表面 光洁度可以达到高光反射效果,不仅如此,液态金属合金还可以进行抛光。
其独 特的抛光效果取决于它的非晶组织,液态金属合金没有其他金属一样的晶体结构,同样材料内部也没有类似晶界的组织,不会影响产品的反射性能,使用液态金属 合金,表面光洁度的要求不需要牺牲其他的性能,3.3.4 3D 打印用合金粉末企业情况。
此外,高温合金材料在玻璃制造、冶金、医疗器械等领域也有广,在玻 璃工业中应用高温合金零件多大十几种,如:生产玻璃棉的离心头和火焰喷吹坩 埚,平板玻璃生产用的转向辊拉管大轴、端头和通气管等,石墨烯作为关键材料在涂层中能起到物理隔绝作用。
阻碍海水、腐蚀性离子等向 金属基材渗透,形成大面积保护层,与树脂紧密结合在很大程度上提高涂层的机 械性能,其特殊的物理结构与表面特性可以大大提升涂料的防腐性,石墨烯作 为一种纳米结构的二维不透膜,通过“迷宫式”的物理屏障作用能够有效地在环 境介质。
从而延缓了金属基体的腐蚀,极大地提高了金属的 耐腐蚀能力,显示了石墨烯复合防腐涂料在腐蚀防护领域的广阔前景,另外,经 导电高分子改性的石墨烯,可以有效避免石墨烯因长期浸泡发生电化学反应而加 速,(二)稀土功能材料:推动国产高端产品在先进装备制造,发展重点:扩大高性能粘结稀土永磁材料产 量。
提高烧结型稀土永磁材料、稀土催化材料、稀土发光材料,重点发展工业脱硝、机动车尾气净化等用稀土催化材料,多领域用高性能稀 土永磁材料、高光效稀土发光材料和,(3) 汽车用高温合金,我国发展自主航空航天产业研制先进发动机,将带来市场对高端和新型高温合金 的需求增加,3.4.4 超导材料的产业阶段,目前稀土产业已处 于产业成熟期。
增速较为稳定,我国稀土储量占世界的36.67%,产量占比83%,均居世界第一,在全球稀土产业链上具有举足轻重的地位,2007-2017 年我国稀土行业总产值从287.,其中。
2011 年工业产值为852.4 亿元,同比增加127.0%,达到历史峰值,主要源于2011 年 以来我国稀土行业市场和政策方,主要稀土品种的价格在2011 年出现较大涨幅。
之后稀土价格回调较大,但行业总产值基本保持平稳,产业附 加值得到提升,定义:稀土是15 种镧系元素(镧、铈、镨、钕、钷、,稀土新材料约占稀土材料的6 成。
按功能划分为稀土永磁材料、稀土催化材 料、稀土储氢,其中,稀土永磁材 料占比超过63%,是稀土功能材料中规模最大、增速最快的种类,主要公司包括 中科三环、宁波韵升、银河磁体等,3.2.2 液态金属的优点。
(4)弹性、强度及硬度,3.4.5 超导材料的主要上市企业情况:略,新材料作为基础性和支柱性战略产业,是高新技术的先导,世界各国高度重视。
纷纷出台政策大力扶持产业发展,我国政府更是如此,《中国制造2025》将新材 料确定为十大重点领域之,并在随后公布的《,重点领域技术 路线图(2015 版)》中,明确产业需求、目标、重点产品及关键技术。
确立新材 料产业发展路线,(2)新能源电池,(3)其他:包括钛合金加工用超 细硬质合金高端棒材,高温合金在能源领域中有着广泛的应用,煤电用高参数超超临界发电锅炉中,过 热器和再过热器必须使用抗蠕变性能良好,在蒸汽侧抗氧化性能和在烟气侧抗腐 蚀性能优异的高温,在气电用燃气轮机中。
涡轮叶片和导向叶片需要使 用抗高温腐蚀性能优良和长,在核电领域中,蒸 汽发生器传热管必须选用抗溶液腐蚀性能良好的高温,在煤的气化和节能减 排领域,广泛采用抗高温热腐蚀和抗高温磨蚀性能优异的高温合金,在石油和天 然气开采,特别是深井开采中。
钻具处于4-150°C的酸性环境中,加之CO2,H2S 和泥沙等的存在,必须采用耐蚀耐磨高温合金,伴随新能源汽车在全国大范围的推广,行业景气度不断提升。
稀土磁材行业受益 明显,2016 年中国新能源汽车消耗钕铁硼磁材2300 ,产值9.66 亿元,预计到2020 年,将消耗钕铁硼磁材近万吨,产值达到40 亿元左右,根据智研咨 询对钕铁硼主要的7 个应用领域需求量拆,新能源汽车是应用前景最好、增速 最快的领域。
风力发电、变频家电和节能电梯是应用较大的低碳工业领,传统 汽车EPS、工业机器人和智能手机需求增长相对,综合来看,未来三年国内 对高性能钕铁硼永磁材料需求增长约15,因此,国内主要磁材生产企业扩 产意愿强烈,新 材 料 是 十 个 重 点 建 设 领 域 之,以 特 种 金 属 功 能 材 料 、高 性 能 。
加快研发先进 熔炼、凝固成型、气相沉积、型材加工、,加强基础研究和体系建设,突破产业化制备瓶颈,积极发展军民共用特种新材料,加快技术双向转移转化。
促进新材料产业军民融合发展,高度关注颠覆性新材料 对传统材料的影响,做好超导材料、纳米材料、石墨烯、生物基材料等战略前,加快基础材料升级换代,金属3D 打印市场潜力无限,但因金属粉末材料技术壁垒较高、生产困难,导致 市场产量不足,目前。
金属3D 打印仅能打印十几种金属,主要包括铝合金、钛 合金、模具钢、钴铬合金、不锈钢,《中国制造2025》,是我国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领。
增材制造液体火箭发动机推力室端到端的工艺评价(1)
2.1. 整体高温合金和耐火材料室,图3 由NASA和商业合作伙伴演示的各种AM铜合金,(b) 156 kN双金属的液态氧/ LH2点火测,(c)大规模GRCop-42 31 kN室,(d)液态氧31 kN / LCH4点火测试。
e和(f) L-PBF c - 18150和双金属,和(g)点火测试10.7 kN双金属室(NASA),NASA实现的不同双金属推力室设计是使用基于线的D,特别是使用激光线直接收尾(LWDC)工艺,在这一过程中,带有开槽或成形通道的预制衬垫绕模具板上的中心轴旋转,在旋转的同时,激光束被用来将线材熔合到先前沉积的层和腔室壁的肋上。
从而创建一个双金属键,早期的双金属结构试验表明,C-18150衬里和347系列钢或Inconel ,Anderson等进一步的研究成功地实现了Inco,这两种材料都是基于粉末和金属丝的固体结构的DED,这篇文献报道了粉末基DED的高动能促进了再结晶和增,但代价是较高的残余应力,对于丝基工艺。
出版物得出的结论是,机械混合区要窄得多,美国国家航空航天局的双金属LWDC实验使用了一个更,随后,通过使用C-18150衬管和Monel 400封井,确定了有效的解决方案,之后进行了高温测试。
积累了大量的启动和运行时间,从2014年开始,美国宇航局Marshall航天飞行中心和Glenn,grco合金最初由Glenn研究中心开发,是一种高导电性、高强度、弥散强化的铜合金,用于高温、高热流应用。
其机械性能可与挤压(锻造)材料相媲美,然而,增材制造试样的低周疲劳寿命缩短,这是由于AM工艺固有的表面粗糙度增加引起的裂纹,尽管铜合金和内部通道还需要进一步的表征,但机械加工或后处理表面处理可以帮助解决固有表面粗糙,除了双金属结构外,grco -42和grco -84合金还被用于各种。
包括LOX/LH 2、LOX/LCH 4和LOX/,L-PBF耐火合金用于推力室的评估工作也已经完成,这一过程被用在用于空间推进器的铌合金C-103上,由于其细小的晶粒尺寸分布而性能得到了改善,粉体供应链也在工业规模上取得了进步,允许更广泛地使用C-103。
其他合金如钨、钨铼和钽,用L-PBF制造可用于推力室,虽然许多难熔合金用于辐射冷却应用,但它们可以与积分通道使用L-PBF工艺的各种应用,本文探讨了增材制造液体火箭发动机的最新技术、挑战和,本文为第一部分。
图1 比较传统制造和增材制造的发展(cost in,2020 equivalent,credits NASA),GRCop-84和GRCop-42之间有一些区别,它们可以在不同的应用场合进行,GRCop-42在某些温度范围内具有较低的机械性能,如强度,较高的导热系数(5%-8%)。
因此壁温较低,GRCop-42的延性普遍优于GRCop-84,由于GRCop-84的Cr2Nb含量只有其一半,这是预期的,这两种合金在大多数应用中都有足够的延展性,并且会大量变形而不会失效,合金在低周疲劳时的主要区别在于应变控制试验中所观察。
同样的材料也被用于Avio开发的LOX/LCH推力,初创公司Dawn Aerospace报告称,他们的一些再生冷却整体太空推进器中使用了铬镍铁合金,Aerojet Rocketdyne公司在再生冷却,许多其他公司也展示了使用各种高温合金进行高温测试的,Inconel 625和Inconel 718是非,尽管在某些火箭环境(如氢)中有限制。
虽然高温合金在使用中,但如果不使用气膜冷却或其他可能影响性能的设计修改,它们并不是高性能燃烧室的最佳材料,图8 L-PBF与DED推力室生产工艺比较,左图:参照航天飞机主引擎(SSME)。
构建商业AM机器的外壳概述,右图:典型的最小特征尺寸和构建直径,对于大多数液体火箭发动机,需要对燃烧室进行主动冷却,以适当地保持壁面温度,并考虑到设计和所用材料的结构余量,这种冷却通常被称为主动冷却、通道冷却或蓄冷,因为发动机系统中的推进剂后来会作为燃烧过程的一部分。
再生冷却也需要在发动机循环中,如膨胀器,以允许适当的推进剂热收集来驱动涡轮机械,并在某些循环中可以提供燃烧效率的提高,大多数燃烧室使用一组轴向通道,用薄(热)壁将热燃烧气体与通道中的冷却剂隔开,燃烧室的设计和随后的热壁与结构边缘和适当保持壁温的。
为了降低壁温,需要一个无限薄的壁,但需要适当的厚度来控制压力,图2 激光粉末床聚变示意图(来源:美国宇航局),历史上,液体火箭发动机的推力室已经使用了许多制造方法,最常见的推力室制造方法包括管壁(如RL-10,RS-27)和通道壁(如RS-25。
Vulcain),这些传统的方法使用一系列锻压成形和装配方法,包括锻造、机械加工、电镀、焊接、钎焊和铸造等多种技,尽管这些生产技术已经在该行业中得到了广泛的应用,但往往被证明是劳动密集型的,成本高昂的,并且导致组件和后续系统的零件数量很高,在新航天公司在发射装置市场的地位日益突出的时代。
新的推力室设计的成本效益比以往任何时候都更加重要,为了实现燃烧室的成本效益,有一些根本性的改进,包括减少制造时间、手动操作自动化、能够使用传统或更,以及使用整体燃烧室设计,在这些改进点上表现突出的一种新的生产方法是增材制造。
5.建立粉体供应链,GRCop-42和GRCop-84能够在高达800,它们已经成功地在超过750 ◦C的氧化环境中进行了,相比之下,纯铜限制在大约200 ◦C,而大多数铜合金不能超过500◦C,用GRCop-42或GRCop-84替代C-181。
可导致200 ◦C或更高的温度能力提高,提供更高的性能交易或更大的利润,这些特性,加上采用L-PBF工艺的GRCop合金的快速发展,使其成为高性能燃烧室的一个有吸引力的选择,理想的推力室衬垫材料具有比强度高、延展性好、导热系,通常。
大多数导电金属合金的强度重量比都很低,而强度重量比高的金属合金往往导热性差,在DED中,一个独特的组合是使用双金属或多金属结构,将多种合金组合成一个整体部分,Knight等人进行了数值研究。
表明多金属、分级的壁结构可以用来降低再生冷却推推器,Onuike等人实验研究了grco -84和Inc,方法是将两种粉末直接沉积在彼此之上,用预混粉末(50% wt% Inconel 718,50% wt% grco -84)进行成分分级,文献报道了两种材料之间成功的金属键合,并采用了两种生产工艺,这两种技术都成功地将金属连接起来。
参考文献:Gradl P.R.,Protz C.S.,Technologyadvancements f,Acta Astronaut.,174 (2020),pp,148-158,10.1016/j.actaastro.2020.。
除了PBF和DED,自2000年初以来,一种用于推力室制造的替代AM方法是冷气体动态喷涂(,这是一种固态AM沉积技术,已被评估为近净形状的燃烧室内衬和夹克形成,该工艺使用一种会聚-发散式超音速喷嘴。
将高压惰性气体和金属粉末喷射到背衬表面,当金属粉末颗粒达到临界速度时,材料发生塑性变形并通过动能粘附在目标表面上,这通常在500-900米/秒的范围内,该工艺是固态的。
不熔化材料,最大限度地减少残余热应力观察在其他AM工艺,3.定向能量沉积,1.热、氧化还原循环过程中的抗氧化和漂烫性能,1。
介绍,GRCop合金是弥散强化材料,主要由Cr2Nb相强化,与之前的铜基合金相比,该材料具有以下优势:,图5 该工艺的积分通道DED和小尺寸热火测试实例,各种形式的DED在使用。
主要的区别是原料,电线或电力,和能源来源,最常见的DED形式是激光吹粉DED (LP-DED,它使用激光能量源(图4),线材也可以用作原料。
这种情况下称为激光线材DED (LW-DED),其他的能量来源包括电子束和电弧,都使用线材,电子束集成在真空室内,因此在活性合金中使用具有优势,电弧丝沉积(AW-DED),俗称“电弧丝增材制造”,可用于非常高的沉积速率。
但分辨率有损失,激光粉末床融合(L-PBF),也被称为商品名称“选择性激光熔化”或“直接金属激光,其中,是最常用的金属AM技术之一。
原料以粉末的形式提供,在构建板上一层一层地沉积和熔化,如图2所示,激光束在微尺度上提供必要的能量,粉末吸收这种能量。
产生局部熔化,在完成一层后,将构建板降低,用刀片或复涂机臂重新涂覆,并继续熔化过程,直到实现三维形状,沉积层的典型高度为20 ~ 100µm。
为了防止金属在熔池中过度氧化,L-PBF过程发生在惰性环境中,尽管大多数高温合金在比强度方面优于铜合金,但由于与这些合金相关的低导热系数,导致壁温超过材料极限,因此在高压发动机中的应用受到限制,对于这些应用,高导电性铜合金是更合适的。
Aerojet Rocketdyne发布了关于C-,作为RL-10的升级,一家初创公司Launcher Inc也公开讨论了使,并成功进行了小规模的热火测试,由于C-18150在传统制造中的成熟应用以及潜在的,它仍然是一种受欢迎的推力室航空合金,自2016年以来,NASA已经制作并测试了30多个不同的l- pbf。
所有的推力室都采用了之前描述的AM技术,一些单元采用了双金属AM护套,在各种推进剂和混合比下,推力室的室压从14到97 bar以上进行了测试,产生4.4到156 kN的推力,NASA已经在各种AM GRCop合金和AM双金属,000次启动(图3)。
AM L-PBF再生冷却室的设计过程的两个主要调整,AM设计为新材料,重量优化,以及实现复杂的形状和几何形状提供了巨大的机会,这是不可能或过于昂贵的传统生产技术,此外,与传统方法相比。
AM推力室可以大大缩短生产时间,这也大大降低了相关成本,对于那些依赖可重复使用和消耗性运载工具架构并希望获,这可能尤其重要,其他优点包括能够使用各种合金的组合。
或使用传统方法无法生产的新合金,与L-PBF一样,DED技术也可用于制造整体推力室,LP-DED工艺已经成熟,可以形成完整的通道结构,主要用于腔室的通道冷却喷嘴部分,由于材料是局部沉积的,不存在像L-PBF那样的尺寸限制。
这是喷嘴扩展到大直径时所需要的,DED过程的限制是龙门式或机器人系统被使用,NASA和行业合作伙伴已经演示了LP-DED工艺在,包括Inconel 625、JBK-75和NASA,这些演示单元已经通过热火测试证明是可行的,包括使用JBK-75的整体通道DED喷嘴。
该喷嘴在大于83 bar的燃烧室压力下完成了114,LOX/GH2积累了4170秒,其他测试已经使用Inconel 625和NASA ,在主测试阶段,这些喷嘴的壁温超过732 ◦C (见图5),图6 美国国家航空航天局(NASA)制造的LP-D,(a)直径101.6 cm。
高度96.5 cm的HR-1合金喷嘴,带有整体通道,(b) GRCop-42通道演示器(NASA),图4 激光粉末定向能沉积示意图,在定向能沉积(DED)中,原料从沉积头沉积,如图4所示。
与L-PBF相反,原料只沉积在局部以创建一个自由的部分,而不是覆盖完整的建立板与粉末,定向能沉积可以使用粉末或丝料,粉末原料对于制造具有高尺寸公差的零件是极好的,而成本是耗时的,另一方面。
基于线材的工艺具有优越的沉积速率,但无法创建具有高分辨率的零件,这些DED工艺更适用于大型推力室、通道冷却喷管或辐,DED制造技术可用于制造双金属推力室(章节3.1),摘要。
4.较低的热膨胀以减少热致应力和低周疲劳,本文详细综述了利用激光粉末床融合或粉末基和线基定向,详细、系统地解释了加法制造推进器的步骤,包括过程考虑、AM技术和后处理操作,虽然LP-DED工艺的一个优势是能够形成完整的通道。
但整体结构也可以形成使用各种DED工艺和传统加工和,这允许在设计中保持加工表面,然后可以应用各种收尾技术,使用DED在液体火箭发动机推力室上形成近净形结构,三菱公司在歧管上和GKN在喷管上的结构加强筋上也进,3.高温下具有良好的机械性能,2.2 整体式铜合金腔室,高性能液体火箭发动机需要冷却。
以保持燃烧室的结构完整性,暴露在高热和环境负荷,对于许多系统来说,这是通过再生冷却的方式来实现的,冷却剂流经腔壁的通道,同时从腔壁中提取热量,金属增材制造(AM)是一种经常被考虑的新生产技术。
增材制造技术的应用为发动机设计带来了新的机遇,无论从技术角度还是从经济角度来看,这都可以带来更具竞争力的设计,最近,包括选择性激光熔化(SLM)、电子束熔化(EBM),在这些AM技术中,SLM因其可加工的金属种类繁多,几何自由度和复杂性。
以及与EBM制造的零件相比较低的表面粗糙度而在生物,上图为一个通过SLM实现的CoCrMo踝关节内假体,随着AM技术的发展和AM机器规模的增加,额外的成本和进度节省被实现从两件焊接到单件室,在图1中可以看到一个例子,增材制造应用的推进器规模差别很大。
从立方体卫星的小型推进装置或反应控制系统到轨道运载,本工作的目的是对应用于再生冷却液体火箭推力室的端到,有许多不同的金属增材制造技术可以用来制造整体冷却推,本文重点介绍了通过激光粉末床融合(第2节)和定向能,对于这些生产技术,本文提供了用于推力室的端到端工艺流程(第4节),江苏激光联盟导读:,无论是基于粉末和基于金属丝的DED技术都适用于双金。
包括结构关闭,这两种制造方法的主要区别在于,基于粉末的封装工艺需要一个带有封闭通道的预制腔体,由于基于线的DED熔断器在通道之间的肋骨上关闭,封闭的冷却通道对这种生产技术没有严格要求,采用后一种生产技术,设计人员可以在制造闭孔之前加工冷却通道,从而更好地控制冷却剂通道的粗糙度。
这两种双金属制造方法都可以作为传统发动机设计中常用,(A) AutoFab中距骨假体组件的设计,(B)利用SLM制作CoCrMo距骨假体,(C)抛光后用SLM制备的相同CoCrMo距骨假体,(D)采集数据时将标本放置在试验台。
脚踝被替换成其中一个原型,作为工艺演示的一部分,NASA还演示了大型喷管结构的LP-DED工艺,使用NASA HR-1材料,在30天的沉积时间内制造出直径为101.6厘米、高。
在沉积和后处理之后,喷嘴完成了三维扫描,显示出与标称几何形状的偏差小于0.5 mm,在90天的沉积时间内,一个直径为152厘米、高度为178厘米的大型整体通,这些喷嘴包括各种内部通道几何形状和过渡。
与传统制造的组件相比,这种整体通道配置显著减少了操作和零件的数量,美国国家航空航天局还展示了其他各种推力等级为178,这些喷嘴将热发射,这些喷嘴都证明了成功制造符合几何公差,能够去除任何多余粉末,变形最小。
并制定了构建和刀具路径策略,除了针对整体通道的高温合金开发外,还展示了使用GRCop-42合金和LP-DED的其,该合金可用于大型腔室应用,正如前面提到的AM限制。
表面粗糙度仍然是一个挑战,需要额外的开发或后处理,以允许与机加工或拉制表面光洁度具有可比性的压降,6.成熟的AM工艺,提供一致的。
最低的材料性能,AM推力室的兴趣在发射行业看到了巨大的增长,并已被证明为许多发展和几个飞行应用,AM技术甚至被称为未来欧洲Prometheus L,许多公司已经公开了他们的开发努力和飞行应用的AM舱,利用AM技术制造燃烧室,缩短了生产周期,降低了成本。
NASA强调了使用AM技术的传统制造的交货期和一般,该技术结合了各种AM工艺,虽然与L-PBF相比,DED具有较低的特征分辨率(图8),但它可以与L-PBF结合用于多金属结构,在美国国家航空航天局(NASA),使用L-PBF制造的grco -84和C-1815,用Inconel 625结构夹套封闭。
使用电子束DED和LP-DED,尽管成功地进行了热烧,但在DED制造过程中观察到了几何变形,这种变形在后续的出版物中继续,使用双金属DED界面时,观察到轴向变化为3%-4%。
喉部径向变化为7%-10%,然而,来自残余应力的制造挑战是可重复的,这种L-PBF和DED混合工艺对于需要在高燃烧室压,这种设计还提供了一个重量优化结构,利用各种合金在当地需要的设计,2.最大使用温度在800 ◦C左右,取决于强度和蠕变要求。
在推进工业中,各种L-PBF推力室已经在各种材料中得到了验证,一个普遍观察到的趋势是,大多数公司依赖于高温合金或高导电性铜合金推力室设计,在2015年之前,在铜合金完全开发和使用L-PBF表征之前,高温合金很常见。
这些合金中如典型的镍基或铁基,能够承受极端温度和腐蚀性环境,SpaceX公司指出,NTO/MMH SuperDraco发动机使用了I,其中包括整体冷却通道,3.2.单片结构,可对惰性气体进行预热。
以增加气体喷射速度,冷喷已经适用于高温合金和铜基合金,铜合金C-18150、GRCop-84和GRCop,冷喷是一种铸造或锻件替代铜合金燃烧室内衬,然后再通过机加工和开槽加工,并对冷喷工艺在铜衬套封闭和结构夹套的应用进行了验证。
许多用于腔室套的高温合金可以通过冷喷涂成功应用,包括Inconel 625、Inconel 718,除部件制造外,冷喷涂还可用于涂层、修复、连接和钎焊合金应用,理论上,用L-PBF制备的再生冷却推力室的最小壁厚或肋厚与,一般为70 ~ 200 μ m,在大多数商用L-PBF打印机上。
这种厚度的墙壁通常是不可重复的,或导致过多的孔隙,Patel等演示了在Inconel 718再生冷却,文献报道在室壁有几个气孔,导致冷却剂通过室壁泄漏,Zhang和Miyamoto在Co-28Cr-6M,该推力室采用气膜冷却和再生冷却相结合的方法,Thomas提出了L-PBF制造部件的最小壁厚0.。
Marchan等人的工作中也提到了Inconel ,3.1 双金属结构,江苏激光联盟陈长军原创 作品,2,激光粉末层聚变。
关于小课堂|新材料深度研究报告汇总:液态金属/超导/稀土/合金材料增材制造液体火箭发动机推力室端到端的工艺评价(1)的内容就介绍到这里!