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江西省产业链科技创新联合体展示(十一)<br/>超高温金属新材料的“烤”验揭秘——超高温金属新材料产业科技创新联合体

   2023-09-12 江西省科技厅
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2022年8月27日,江西省超高温金属新材料产业科技创新联合体(以下简称“超高温联合体”)正式揭牌成立。成立以来,该联合体面向国家战略和江西省超高温金属新材料产业发展的重大需求,从产业链上游“采矿选矿+冶炼”、中游“材料成品”、下游“超高温金属应用”三个方面着手,针对钨钼钽铌深度提纯新技术、高纯度高均匀性钨钼钽铌粉末制备、高性能钨钼钽铌新材料开发与产业化的关键共性问题,整合省内外产业优势资源与科研创新力量,协同配合开展技术攻关,推进产学研深度融合,服务全省超高温金属新材料产业转型升级和创新发展。

一、基本情况

超高温联合体由南昌大学牵头,联合中南大学、江西钨业控股集团有限公司、南昌硬质合金有限责任公司等共24家成员单位共同组建,基本涵盖了我省超高温金属新材料产业链上、中、下游龙头企业。省内超高温金属新材料企业15家、省内外高校7家、科研院所2家。联合体专家咨询委员会由柴立元院士担任主任,江风益院士担任副主任,共有行业专家11位。

南昌大学是国家“双一流”计划世界一流学科建设高校、教育部与江西省部省合建高校、国家“211工程”重点建设高校。南昌大学材料学科是江西省和南昌大学的特色与优势学科。学科始创于 1993年,1999年获批材料物理与化学国家重点学科,2005年获批材料科学与工程一级学科博士点,2014年获批国家硅基 LED 工程技术研究中心,2017年入选国家“世界一流学科”建设行列,2018年成为教育部和江西省部省合建的重点建设学科。其中,超高温材料与装备是部省合建的重点任务之一。2018年底江西省政府批准成立南昌大学国际材料创新研究院,研究院建立了由中俄乌白等国知名高校、科研院所、江西省超高温金属产业链企业协同配合的“高层次”国际合作平台和院士专家工作站,融入“一带一路”倡议,建立了江西省超高温金属新材料工程研究中心,建成了高水平国际合作的产学研用一体化的创新发展平台,构建了超高温材料熔炼及成形技术与装备研究创新平台、超高温材料连接技术与装备研究创新平台、结构材料强韧化创新平台、分析检测综合平台等四大核心创新研究平台,具备开展难熔金属的研发、高端产品中试、生产及检测能力。自成立以来,先后承担了航天重大装置关键零部件“高温阀”项目、“高纯钽铌、钨靶材”项目、“钨及合金、钽及钽钨合金”项目。这些工作为超高温金属新材料在航空航天和电子信息领域的应用提供了新的典型案例,也为钨钼钽铌等超高温金属材料的关键共性技术攻关和产业升级提供了扎实的研究基础。

二、产业链图

按照《江西省产业链科技创新联合体组建指引》工作要求,超高温联合体经过系统性地组织企业走访调研、校企、院企间技术交流,充分梳理各成员单位的研发优势、技术瓶颈和产业发展趋势和需求,组织各成员单位梳理完善了超高温金属新材料产业链图,厘清了产业链的创新方向、攻关重点和实际方案。产业链图如下:

三、技术清单

超高温联合体面向国家战略和江西省超高温金属新材料产业发展的重大需求,致力于汇聚省内外优势研发力量,充分发挥江西省资源和制度优势,推动创新资源开放共享和科技创新合作联动,聚集各成员单位的资源和技术优势,共同攻克产业链关键技术和共性技术,促进江西省超高温金属新材料产业链的发展。

(一)优势技术

(1)芯片基板用高效精密微钻材料研发与应用

该技术采用碳-氢协同还原碳化法制备纳米碳化钨粉末,多气氛加压烧结技术制备低缺陷密度超细晶硬质合金棒材。解决了目前硬质合金行业纳米碳化钨粉末烧结敏感性高,超细晶棒材形性双控难度大等问题。

(2)高品质钨钽铌新材料制备技术开发技术

该技术通过研究电子束熔炼提纯技术、热力耦合成形技术,大尺寸产品组织定量等控制技术,解决了产品纯度、织构、晶粒协同控制难题,形成大尺寸高纯钨/钽新材料整套制备与加工技术,实现了新材料产品规模化生产。可满足65nm以下制程芯片的制造需求,为半导体芯片高端制造提供技术支撑。

(3)钽及钽钨合金焊接管的研发与应用

该技术通过电子束焊接技术有效消除焊接管气孔、裂纹、夹杂等焊接缺陷,获得高性能钽及钽钨合金焊接管件。可助力形成稳定完善的钽钨合金焊接管生产工艺,满足钽换热器用钽焊接管的使用要求,填补我国长尺寸钽及钽合金焊接管的技术空白。可用于国防军工、航空航天和核电等领域提供加工技术支撑。

(二)在研技术

(1)高性能无粘结相纳米晶硬质合金关键制备技术

该技术通过研究铂催化无氢碳化制备具有催化活化特性的碳化钨粉的机理,开发具有全时段催化活化特性的纳米WC粉末;研究铂催化活化碳化钨粉在烧结时的致密化机理,实现无粘结相硬质合金的低温低压烧结致密化;攻克纳米晶无粘结相硬质合金温度-压力-气流多场精准控碳烧结技术,实现高性能纳米晶无粘结相硬质合金产品的批量稳定生产。可用于高温、强氧化、强腐蚀等极端服役环境下的关键部件。

(2)激光增材制造用球形 WC-Co 硬质合金复合粉末的关键制备技术

该技术面向硬质合金激光增材制造对高流动性原料粉末的迫切需求,重点解决WC-Co复合粉制备过程中形貌-成分-组织之间的协同调控、特定WC-Co复合粉流动性和激光吸收率之间的适配两大关键技术问题。可用于硬质合金、矿山机械,表面修复、耐磨涂层等领域。

(3)白钨短流程绿色冶炼关键技术及产业化

该技术通过突破“白钨矿硫酸-盐酸协同高效浸出、强电强质高效洗涤、结晶抑制除钾和酸滤液不完全去钙再生循环利用”三大关键核心技术,解决了白钨酸法短流程冶炼工艺制备仲钨酸铵产品超钾的问题,形成了新一代、短流程、低成本新一代白钨绿色冶炼新技术。为国内钨企业白钨冶炼提供新的工艺选择,促进了钨行业高质量可持续发展。

四、工作成效

超高温联合体充分发挥企业与科技厅、科研院所双重桥梁纽带作用,坚持以问题为导向,积极组织申报重点项目,加快落实科技政策及资金支持,开展产业链关键技术攻关,取得积极成效。

《芯片基板用高效精密微钻材料研发与应用》已获批十四五国家重点研发计划 “高端功能与智能材料”专项,在成果转化单位深圳市金洲精工科技股份有限公司形成2000万支/年芯片基板微钻的生产能力。《高品质钽铌新材料制备技术开发》项目已实现钽铌靶材的规模化生产。《激光增材制造用球形WC-Co硬质合金复合粉末的关键制备技术》等三个项目列入省科技厅2022年“揭榜挂帅”项目榜单。

五、下一步工作重点

(一)运营机制创新方面

一是组织机制方面创新。目前,超高温联合体已建立了组织构架及章程,逐步完善了联合体《组织机构及运行机制》、《科技研发管理办法》及《成员单位加入及退出管理办法》。创新联合体的发展是动态过程,从形成到执行的每个阶段,应当充分考虑每个阶段每个参与者的角色、贡献与利益,探索适合的组织模式,充分发挥超高温联合体的桥梁和纽带作用,加强高水平的创新组织交流,推动创新链、产业链、人才链深度融合,将创新联合体建设成为汇聚科技第一生产力、凝聚人才第一资源、集聚创新第一动力的大国科研典型范式。

二是合作机制方面创新。超高温联合体各参与单位之间如何互补优势,如何明确分工,如何共享成果,如何共担风险,如何在政府决策部署下来引导市场,让科技成果转化有效带动地方经济发展,需要深入讨论并且在实践中逐步明确的。

三是建立重点项目过程管理机制。加强超高温联合体申报项目的过程管理,实时跟踪项目进展,建立项目动态管理机制,产出项目成果后积极对接各项目单位在省内实施转化。

(二)技术攻关方面

超高温联合体将从产业链上游“采矿选矿+冶炼”、中游“材料成品”、下游“超高温金属应用”三个方面着手,全面深入开展采矿选矿智能装备升级、钨钼钽铌深度提纯新技术、高纯度高均匀性钨钼钽铌粉末制备等领域的应用基础研究与关键技术攻关,重点突破超纯、超细、超粗等高性能产品制备瓶颈技术,开发一系列具有独立知识产权的核心装备,形成高附加值钨酸钠、仲钨酸铵、氧化钨(产业链上游),钨钼钽铌及其合金丝棒板型材、钨钼钽铌复合材料、富钨钼钽铌合金钢(产业链中游),高效催化新材料、超粗超细钨钼钽铌粉末、高纯钨钼钽铌靶材、高比容电容器用钽粉、钨钼钽铌合金涂层、钨钼钽铌大尺寸焊接构件(产业链下游)等全产业链高端产品。







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