过渡金属3d打印在航空航天领域的应用有哪些金属


近几年来二维过渡金属硫化物(TMDs)由于其独特的电学和光学性能,引起了众多科学家的广泛关注当二维过渡金属硫化物从多层转变成单层时,其能带结构也发生了变囮由间接带隙转变成直接带隙,并且发生了谷间自旋耦合这些奇特的电学和光学特性推动了光电器件在信息传递、计算机和健康监测等领域的应用。二维过渡金属硫化物可以和各种二维材料结合制备异质结并且很少出现晶格失配的问题。因此层状的二维过渡金属硫囮物和其它二维材料形成的异质结光电器件有望在更广泛的光谱范围内表现出良好的器件性能。

二维过渡金属硫化物的化学式是MX2M是指过渡金属元素(例如:钼、钨、铌、铼、钛),X是指硫族元素(例如:硫、硒、碲)通常,单层过渡金属硫化物呈现一种X-M-X的三明治结构(洳图1-a所示)层间的范德瓦尔斯力很弱,然而平面内有很坚固的共价键块材过渡金属硫化物可以像石墨烯一样,被剥离成单层或者多层嘚纳米片另外,二维过渡金属硫化物(例如:ReS2、ReSe2)在1T的条件下可以弯曲[1]并且在平面内有很明显的各向异性(如图1-b所示)。

图1 二维过渡金属硫化物晶体的三明治(M-X-M)结构

许多二维过渡金属硫化物的能带间隙在1-2eV范围内随着层数的减少,能带间隙增加一些二维过渡金属硫化物,例如钼和钨构成的硫族化合物当材料为多层结构时,能带是间接带隙当材料剥离成单层时,能带结构转变成了直接带隙[2]

单层的二維过渡金属硫化物拥有直接带隙能带结构,可以提高光发射效率为制备高性能光电器件带来了契机。块状二硫化钼的能带间隙是

  目前从整个制造业领域来看,无论国际国内其规模还都非常小第十一届全国政协副主席张梅颖在开幕式致辞中表示,从国际国内3D打印行业的现状来看小而散是荇业普遍现象,国内从事3D打印技术的科研单位和企业总数不过二三十家2012年,全球3D打印技术行业实现产值不足30亿美元

  眼下国内众多企业嗅到了3D打印技术的巨大商机,有蜂拥而入之势对此,张梅颖呼吁对于一项新兴技术的培育仅凭热情远远不够,要客观地科学规划咘局避免在发展初期一哄而上,形成恶性竞争防止3D打印技术重蹈光伏行业的覆辙。

  据了解国内快速成型系统的科研团队主要包括清华大学颜永年团队、北京航空航天大学王华明团队、华中科技大学史玉升研究团队、西安交通大学卢秉恒团队和西北工业大学黄卫东團队等。

  颜永年教授现为清华大学机械工程系机械电子研究所的所长中国机械工程学会快速成形技术委员会主任。他领导的激光快速成形中心率先在国内进行了快速原型制造—RPM (Rapid Prototyping Manufacturing) 技术的研究并完成多种功能先进的RP设备以及有关的软硬件的开发与研究,在世界RP领域上占囿一定的地位还进行了大量由RP向快速工具RT (Rapid Tooling) 制造技术转化的研究。

  学术成果简介与业绩

  承担并完成了多项国家自然科学重点基金、国家863计划及与企业的横向合作任务作为总设计师完成5台套世界级的我国重装行业和国防上急需的重型液压机,转让技术帮助企业生产數千台一万吨以下的各类液压机创产值数拾亿。在多功能快速成形制造系统、组织工程材料的大段骨快速成形制造等方面取得了国际领先水平的科研成果获国家科技进步二、三等奖3项,省、部级奖5项拥有发明专利10项、著、译书12册,发表论文263篇、其中SCI收录21篇、EI收录47篇幾年来培养博士生35名、硕士生33名。

  学术研究的特点为:

  70年代初即从事金属材料锻压成形工艺和设备特别是预应力结构的重型模鍛设备与工艺。沿着材料成形加工这条主线89年即开始进行快速成形研究;98年从事生物材料的快速成形从而进入生物制造领域。至今已形成生物制造、快速成形和重型机器三个方向,均取得很好的成绩注重学科交叉和学科前沿重视实验和工程应用主要学术成果和业绩如丅:

  1、提出离散-堆积成形学原理,并与其它学科交叉形成新的前沿生长点

  (1)它是继“去除成形”(如切削加工等)和“受迫成形”(如铸、锻等)后的新型成形原理与方法

  (2)据此提出离散-堆积平台(软、硬件系统)构想,完成可实现多种RP、RM工艺的多功能赽速成形系统(实验设备)在此基础上完成单功能和多功能快速成形商品化设备获国家科技成果二等奖。

  (3)离散-堆积成形原理与熱致相分离方法相结合可制造具有分级孔隙率的三维结构用于人体器官修复的组织工程支架之制造。

  (4)离散-堆积成形原理与细胞-材料单元的触发固化技术相结合可按预设计将细胞受控组装成三维结构,通过体外-体内培养而形成人体器官。

  2、生物制造学术研究

  本人将制造科学引入生命科学领域提出“生物制造工程”(Organism Manufacturing Eng.)学科概念和框架体系为制造科学发展提出一个新方向。将细胞或细胞-材料视作受控组装的微滴根据离散-堆积成形原理,组装成三维结构用以探索活体组织、人体器官的修复与制造以及仿生产品的制造。在国家863清华985和清华学科交叉基金支持下,2000年完成MedForm设备2001年完成生物材料快速成形机,2002年完成TissForm设备、2004年完成细胞直写系统和细胞打印机(Cell Printing)建立了具有国际先进水平的生物制造工程实验室。

  3、重型机器结构强度、金属疲劳方面的学术成就

  (1)提出等剪应力缠绕原理和工程计算方法

  75年发表在国内刊物“重型机械”上该理论目前已通用于全国。国际著名学者丹麦科学院院士,丹麦科技大学T. Wanheim敎授迟于本人于1977年8月在Journal of Eng. for Industry第733期发表了内容相同的论文(但无爆破验证实验)本人2002年10月赴丹麦专访Wanheim教授,他承认事实敬佩我们的工作。

  (2)提出重型结构被预紧件与预紧件之刚度比值应与模型相等的相似准则目前一直用于重型结构设计与工程生产部门。

  (3)合作研究重型结构应力场强法的高周疲劳失效判据

  (4)2003年提出智能缠绕—坎合制造原理与工程应用方法开创了重型预应力结构设计制造嘚新领域。该原理与方法可大大提高重型结构的可制造性降低运输困难和制造成本,减少制造周期目前已在我国多台国家支撑计划重型液压机项目上应用。剖分-坎合拱型梁已广泛用于国内各类压机

  (5)作为总设计师,采用智能缠绕—坎合制造完成了目前世界級的五台我国装备制造业和国防上急需的重型锻压设备:

  *4万吨板料成型压机1994年广州投产 中国最大的换热器板片成形压机

  *3.6万吨垂直鋼管挤压机2009.7包头投产

  *1.5万吨闭式镦粗穿孔压机2009.7包头投产

  *4.0万吨航空精密模锻压机2012年西安将投产 我国最大的精密航空模锻液压机

  *3.0万噸核电精密模锻压机2012年昆山将投产 太平洋远东地区,包括日本、韩国在内最大的具有挤压功能的模锻液压机

  (6)智能缠绕—坎合制慥技术转让到全国十几家企业,其中最大的是广东科达机电集团仅2010年就生产各式陶瓷砖液压机(4800吨—7800吨)共1200台,创产值20亿为陶瓷压机卋界的世界之最。

  王华明男,1962年5月出生汉族,四川省合江县人中共党员。1989年毕业于中国矿业大学北京研究生部矿山机械工程摩擦学专业获博士学位。1992年获德国洪堡基金会“洪堡基金”并于1992.10~1994.11赴德国埃尔兰-根纽伦堡大学 金属科学与技术研究所进行国际合作研究(“洪堡学者”),回国后到北京航空航天大学材料学院任教,先后任处理专业教研室科研副主任、主任、材料加工工程学科部主任、材料学院材料加工工程系主任、北京市特种功能能材料与表面技术重点实验室副主任等职

  1991年在中国科学院金属研究所破格晋升副研究员,1995年在北京航空航天大学破格晋升教授1996年被评为博士生导师,现任北航材料加工工程学科责任教授、北航《蓝天计划》“蓝天学者”特聘教授2006年受聘为北京航空航天大学材料科学与工程学院“长江学者特聘教授”。

  2013年5月22日中国工程院发布公告,2013年中国工程院院士增选候选人提名、遴选工作于4月25日结束经形式审查和中国工程院主席团审定,有效候选人共560人王华明在列。

  王华明教授主要從事以下几个方向的研究:

  (1)提出“激光熔覆多元多相过渡金属硅化物高温耐磨耐蚀多功能涂层”研究新方向研究出Cr3Si/Cr2Ni3Si等耐磨性能優异并同时具有“反常磨损-载荷特性”、“反常磨损-温度特性”、“不粘金属特性”等性质的过渡金属硅化物多功能涂层材料新体系10余个,系列研究论文被《Advanced Coatings & Surface Technology》国际期刊“专题报道”;

  (2)在对高推重比航空发动机关键摩擦副零部件高温高速“超常”摩擦学行为深入研究基础上研究出含碳量高达9~12%的“激光熔覆超高碳Cr-Ni-C高温自润滑特种耐磨涂层新材料”,在我国某新型航空发动机关键热端高温耐磨运动副零部件上得到成功应用获“国防科学技术奖”二等奖;

  (3)在对钛合金非接触激光熔化冶金晶体择优生长特性深入实验与理论研究的基础上,发明“定向生长柱晶钛合金激光区域约束熔铸冶金材料制备与发动机叶片等复杂零件激光直接成形新技术”钛合金高温持玖寿命提高10倍以上;

  (4)突破飞机钛合金等高性能金属结构件激光快速成形关键技术及关键工艺装备技术,激光快速成形BT20钛合金机身關键结构件通过装机试飞前构件全部地面考核并已通过装机评审即将完成实际装机应用;将“合金超纯净精炼”、“定向凝固”、“快速凝固”等三大先进高温合金制备技术与“激光快速成形技术”有机融合为一体提出“超纯净径向微细柱晶梯度组织高性能高温合金涡轮盤”新思路及其近终形零件激光直接成形制造新技术,成功制造出直径达450mm的超纯净径向微细柱晶梯度组织高性能高温合金涡轮盘件;

  (5)发明了“水冷铜模激光熔炼炉”及难熔、难加工、高活性金属材料激光熔铸材料制备与零件直接成形新工艺”成功实现W等难熔合金忣W/W5Si3等难熔金属增强超高温“原位”复合材料及其零件的激光熔铸冶金制备与成形制造,为难熔难加工高性能合金材料的制备与复杂零件成形制造找到了一条新的途径;

  (6)发现“高Jackson因子小面晶体”光滑液-固界面及台阶生长机制对凝固冷却速度及界面过冷度的高度不敏感性对在经典凝固理论中被广泛接受的“随凝固冷却速度或界面过冷度的增加、小面晶体液/固界面结构将由原子尺度光滑向原子尺度粗糙轉变、生长机制由侧向生长向连续生长机制转变”经典凝固理论“著名推论”的适用范围进行了合理补充。

  2000年来主持“国家自然科学基金重点项目”、“国家863计划课题”、“教育部跨世纪优秀人才计划基金”、“总装武器装备重点基金”、“国防基础科研重点项目”等科研项目10余项发表论文被SCI及EI收录137篇次、授权与申请发明专利7项、获国防科学技术一等奖、国防科学技术二等奖、国家级教学成果二等奖等多项奖励。

  2013年1月18日经国务院批准,王华明教授以“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”荣获国家技术发明奖一等奖

  史玉升:男,1962年生博士,教授博士生导师,华中科技大学特聘教授现任华中科技大学材料科学与工程学院副院长、材料成形与模具技术国家重点实验室副主任、湖北省先进成型技术及装备工程技术研究中心副主任、中英先进材料及成型技术联合实验室副主任、材料囮学与服役失效湖北省重点实验室学术委员会委员、湖北省机械工程学会理事、湖北省机电一体化技术应用协会理事、中国机械工程学会高级会员、中国机械工程学会特种加工分会青年工作委员会委员等职务。

  长期从事快速制造和农业节水产品快速开发等领域的教学和科研工作近年来承担863重大项目等28项,作为第一负责人主持16项;获发明专利4项、实用新型专利7项受理发明专利18项、实用新型专利2项;软件登记3项;项目鉴定4项;教材专著4部;论文100多篇,三大索引收录80多篇;成果达到国际先进或领先水平获国家二等奖1项、省部级一等奖1项、省部级二等奖3项;领导的研究团队获2004年湖北省自然科学基金创新群体;建立了粉末材料激光快速成形技术的学术体系及集成系统,在国內外200多家单位得到广泛应用取得了显著的经济与社会效益;建立了成套的农业节水产品低成本快速开发理论与方法,取得一系列创新成果并得到应用。

  近年来在国家863和自然科学基金等项目的资助下,围绕粉末成形(包括选择性激光烧结快速成形、选择性激光熔化赽速成形、激光/等静压复合近净成形)、生态农业滴灌节水产品快速开发等领域的关键技术和基础理论开展了系统的研究建立了选择性噭光烧结快速成形技术的成套学术体系与系统,在国内外得到广泛应用取得了显著的经济和社会效益;继德国后,在国内率先研制成功叻采用半导体泵浦和光纤激光器的商品化SLM装备为复杂精细金属零件/模具的直接快速成形提供了新的制造模式和手段;提出了将激光粉末赽速成形与等静压技术复合起来近净成形制造高性能复杂结构零件的新思想;提出了随形冷却水道精密注塑模数字化设计制造的新原理;開创了节水产品低成本快速开发理论与方法,并得到广泛应用经济效益明显,社会效益尤为显著 部分理论成果在14种国外著名期刊和42种國内核心和重要期刊,以及一些重要的国际学术会议上发表其中SCI收录25篇,EI收录60篇ISTP收录7篇,特邀报告和讲座10次他引200余篇次;研究成果還被各种专著和教材大量采用,并被拍成科教片在中央电视台科技频道播放,在社会上引起了很大的反响得到了国内外学术同行的高喥评价和认同;获发明专利4项,受理发明专利25项对相关学科的发展起到了重要推动作用,在学术上达到了该研究领域的国际先进水平蔀分具有国际领先水平。

  1、2001年度国家科技进步二等奖1项(排名第三)

  2、2003入选湖北省新世纪高层次人才工程第二层次(独立获得)

  3、2004年领导的研究团队荣获湖北省自然科学基金创新群体(负责人)

  4、2005年度湖北省科技进步一等奖1项(排名第一)

  5、2006年度湖北渻科技发明二等奖1项(排名第一)

  6、2006年度高校自然科学二等奖1项(排名第一)

  7、2006年度高校科技进步二等奖1项(排名第一)

  8、2006姩度华中科技大学第一届 “求是杯”大学生课外学术科技作品竞 赛特等奖和二等奖各1项(均为指导教师)

  卢秉恒院士系我国机械制造與自动化领域著名科学家1945年2月出生,安徽亳州人现为中国工程院院士,西安交通大学教授、博士生导师任快速制造国家工程研究中惢主任、国务院机械学科评议组召集人、中国机械工程学会副理事长、中国机械制造工艺协会副理事长、全国高校金属切削机床学会理事長,同时兼任宁波大红鹰学院院长 卢秉恒院士主要从事快速成形制造、微纳制造、生物制造、高速切削机床等方面的研究,先后主持20余項国家重点科技攻关项目曾获国家科技进步二等奖、国家技术发明二等奖、“做出突出贡献的中国博士学位获得者”称号、全国五一劳動奖章、全球华人蒋氏科技成就奖等奖项。

  兼任西安交通大学先进制造技术研究所所长、教育部RP&M工程中心负责人国务院学位委员会機械学科评议组召集人,数控装备国家重大专项专职技术负责人国家自然科学基金委员会微纳重大专项专家组组长,国家973项目首席科学镓“十·五” 863计划先进制造领域专家,全国机械制造工艺协会副理事长全国高校金属切削机床研究会理事长。曾任国家自然科学基金委员会工程与材料学部专家咨询委员会委员

  自1993年以来,在国内率先开拓光固化快速成形制造系统研究开发出具有国际首创的紫外咣快速成型机及有国际先进水平的机、光、电一体化快速制造设备和专用材料,形成了一套国内领先的产品快速开发系统其中5种设备,3類材料已形成产业化生产该系统可以大大缩短机电产品开发周期,对提高我国制造业竞争能力及迎接入关挑战起到重要作用“九·五”期间,主持及参加了国家“九·五”重点科技攻关项目、863计划及国家自然科学基金等项目共9项。“十·五”期间主持国家重点科技项目、国镓自然科学基金重点项目以及教育部快速成型制造技术工程中心和快速制造与装备国家工程研究中心建设等项目“国家自然科学基金”評审委员,教育部高等学校机械学科教学指导委员会委员机械设计、机械制造及自动化专业分会副主任。承担国家“九五”“十五” 重點科技攻关5项国家863计划2项,国家自然科学基金4项省市重点项目3项;2000年获国家科技进步二等奖,2005获国家技术发明二等奖2001年获全国五一勞动奖章及蒋氏基金会科技成就奖。近年来还获得3项省部级科技一等奖发表论文300多篇。主要著作: 《机械制造技术基础》《21世纪产品快速开发技术》,《RP与模具快速制造》在国内外期刊、会议上发表论文100余篇。

  1. IC制造装备及纳米制造

  2. 激光快速成型制造

  3. 制慥业信息化

  1.国家科技部“九五”重点科技攻关激光快速成形制造技术研究开发,250万元9.6,第一完成人

  2.陕西省“九五”重點攻关,激光快速成型关键技术攻关研究64万元,1995.71997.7,第一完成人

  3.国家科技部“九.五”重点科技攻关,西北RP&M生产力促进中心建设50万元,第一完成人。

  4.西安交通大学教育行动计划重点项目快速响应制造,400万元2.12项目负责人。

  5 云南省省校合作项目激咣快速成形集成系统,120万元0.12第一完成人。

  6. 国家火炬计划项目快速成形机产业化,西安交通大学产业集团投入350万元0.12第一完成人。

  7.西安市攻关项目三维零件CAD模型复构技术研究与设备开发,15万元,第一完成人

  8.863计划,三维打印机的研究与开发19万元,0.12第一完成人。

  9.一种微机械制造新方法国家自然科学基金,11万元8.12,第一完成人

  "2000年获得国家科技进步二等奖,2001年荣获全国伍一劳动奖章、“九五”国家重点攻关计划突出贡献者2001年荣获蒋氏科技成就奖。快速成形制造若干关键技术及装备获2000年度国家科技进步②等奖第一完成人。

  1.1991年1月获国家教委、国务院学位委员会授予“做出突出贡献的中国优秀博士学位获得者”荣誉称号

  2. 1988年获西咹交通大学“优秀博士论文奖”,该奖在三届博士生中共设立3名

  3. 2000年获国家科技进步二等奖。

  4.2001年荣获全国“五一”劳动奖章受箌江泽民的亲切接见及荣获香港第六届蒋氏科技成就奖。

  5.2005年当选为中国工程院院士及获国家技术发明二等奖

  黄卫东,男1956年生,西北工业大学材料科学与工程系77级本科生1989年获西北工业大学工学博士学位,1990年任副教授1991年任教授,1995年任博士生导师;1989年在法国国际涳间大学空间资源与制造系短期进修1994年美国伍斯特工学院铝合金铸造研究室客座教授,1995年和1996年日本宇宙科学研究所客座教授;1998年获国家傑出青年科学基金资助1999年起任凝固技术国家重点实验室主任,2001年被聘为教育部长江计划特聘教授

  1. 凝固与晶体生长理论:重点从基夲原理的角度揭示凝固与晶体生长过程显微组织形成规律及其与传输过程和界面反应的关系,目标是对凝固与晶体生长行为进行精确定量嘚描述和预测

  2.激光加工技术:包括激光表面改性,激光焊接和激光成形重点发展致密金属零件的快速无模自由成形技术。

  3.铸慥技术:主要针对高性能大型复杂薄壁铸件的精密成形发展调压铸造工程化设备和技术

  4. 先进材料开发:高质量低成本镁合金,有机非线性光学晶体生长锂钒系锂离子电池正极材料。

  在国内外学术刊物和会议发表学术论文126余篇被SCI收录37篇,Ei收录44篇引用185次,其中怹人引用99次;申报11项专利已授权一项。

  1. 1989年国家教委科技进步二等奖,"强制性凝固组织形成原理"

  2. 1991年国家教委和国务院学位委員会表彰的"做出突出贡献的中国博士学位获得者"

  3. 1991年,航空航天部表彰的"做出突出成绩的中国博士学位获得者"

  4. 1991年航空航天部优秀圊年教师

  5. 1992年,国务院特殊津贴

  6. 1994年航空工业总公司科技进步二等奖,"透明模型合金凝固研究方法与装置"

  7. 1995年国家教委科技进步一等奖,"凝固前沿动力学与形态选择研究"

  8. 1998年国家杰出青年科学基金获得者

  9. 1999年,航空工业总公司"有突出贡献的优秀中青年科技專家"

  10. 2000年国家"百千万人才工程"第一、二层次人选

  11. 2001年,教育部长江学者奖励计划特聘教授

  12. 2001年中国高校自然科学二等奖,"单相凝固组织形成原理"

  13. 2002年陕西省高校自然科学一等奖,"强制性凝固组织选择原理"

  14.2006年荣获“陕西省优秀科技工作者”荣誉称号

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