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先進結構材料與大型成形制造研究中心

   將材料研究和先進制造緊密結合起來。一方面根據先進結構材料的國際研究前沿,開展關鍵結構材料在組分設計、結構調控、增強增韌、斷裂失效等方面的基礎研究,另一方面面對國民經濟主戰場及國防軍工等對關鍵結構材料和先進制造的迫切需求,開展先進結構材料的成型加工與大型裝備的尖端制造研究,達到“料要成材,材要成器”的目的。

   在先進結構材料方面,主要布局金屬材料、陶瓷材料及復合材料三個方向。

   金屬材料方面,重點開展羰基金屬、高熵合金以及特種合金三類與國家戰略需求密切相關的研究。在羰基金屬、高熵合金、特種合金等先進金屬材料的形成機制和本征物性之間的關聯等基礎理論研究上取得突破;發展先進金屬材料的高通量制備和表征技術與裝備,開發出一系列具有自主知識產權的高性能金屬材料,解決先進金屬材料制備加工和產業化過程中的關鍵工藝問題,結合山東省和煙臺市的產業優勢,使具有自主知識產權的高性能金屬材料在航空航天、軌道交通、醫療器械、高端裝備等領域獲得應用。

   陶瓷材料方面,重點開展先進結構陶瓷、超高溫陶瓷、具有特殊功能轉換特性陶瓷等尖端工業技術中不可缺少的關鍵基礎材料的研究。陶瓷材料的性能主要由其組成和微觀結構決定,陶瓷材料的微觀結構與原材料、制備工藝、制造設備等有關。因此,研發高性能陶瓷產品為導向的陶瓷材料組成設計、晶界工程、凈尺寸成型、先進燒結技術,精細加工方法等相繼得到發展,為先進陶瓷的研究與發展奠定了一定的基礎。然而,要滿足尖端工業技術對陶瓷部件(產品)嚴苛的技術要求和市場對新產品的需求,必須加強對陶瓷學科涉及的基本科學理論和應用基礎的研究,深刻理解性能、成分、制備工藝過程等與微觀結構之間的關系,才能制備出具有自主關鍵知識產權的原創性產品。具體研究方向包括:低維陶瓷微觀結構可控及宏量制備、高強韌陶瓷的設計制備及普適性增韌工藝、超高溫陶瓷零部件、陶瓷加工技術等。

   復合材料方面,重點開展海洋材料相關研究,包括海洋生物材料、海洋資源高值化利用材料、海洋防護材料、天然產物材料等,涵蓋從結構材料到功能材料到生物材料的全鏈條復合材料研究體系。

   大型成型制造方面,瞄準國際材料成形及裝備發展前沿,開展超高強度鋼材料,鋁、鎂、鈦等輕合金材料、碳纖維等復合材料、特種高分子材料、陶瓷及半導體材料的綠色化成形機理、成形技術研究,開發材料加工應用的短流程、綠色化新工藝,研制材料制備、加工成形、性能檢測等制造過程中的數字化、智能化裝備,為新材料的應用提供關鍵共性技術支撐和綠色成形制造核心裝備支撐。具體研究方向包括: 復合材料成形技術與裝備研究、超高強鋼/鋁合金熱成形技術與裝備研究、激光高效耦合多使能綠色制造技術研究。

(1)復合材料成形技術與裝備研究:針對船舶制造、海上能源開發等領域對高性能復合材料重大需求,開展面向高強度碳纖維復合繩索織造、圓柱殼體近凈仿形編織、耐腐蝕實心軸類成形、防彈-抗爆-承載一體化復合材料編織、多功能仿生復合材料成形等基礎技術研究;基于精密驅動與數控技術、工業機器人與自動化技術、智能感知技術等,研究三維織造成形裝備、連續纖維/長纖維/短纖維增材制造成形裝備等的實現原理,實現結構/功能一體化成形制造;進行防彈上層建筑、抗爆抗沖擊甲板和艙壁、高性能潛水器殼體、高速艦艇推進器、海上油田管道、螺旋槳軸等驗證研究,建立健全海洋船舶用復合材料的設計標準和評價體系,實現高性能復合材料輕量化、整體化、多功能化、數字化制造。

(2)超高強鋼/鋁合金熱成形技術與裝備研究:開展船舶大型高強度輕質材料構件一體化成形技術研究,以超高強鋼和高強鋁合金為研究對象,研究超高強鋼/高強度鋁合金熱環境下的塑性變形規律,熱環境下材料控“形”和控“性”多場耦合工藝匹配技術,以典型結構件為研究對象,實施熱沖壓成形工藝有限元建模與工藝全流程仿真研究,設計、加工成形模具及自動化板料轉移結構,驗證理論和數值模擬結果,掌握控制成形缺陷、提高成形精度和質量、滿足產品高性能要求和使用環境的工藝措施和實驗手段,完善船舶大型高強度輕質合金結構件的成形-功能一體化制造技術,為實現成果產業化轉換奠定工程基礎。

(3)激光高效耦合多使能綠色制造技術研究:主要開展多金屬激光增材制造、高溫高強合金構件激光熔凝精確成形、多尺度增強鈦合金、金屬基陶瓷復合材料及功能梯度材料等先進材料激光高效耦合多使能制造技術,模擬海洋環境脈沖式激光水下增幅LSP加工技術,激光熔池耗散動力學穩定性研究及在線監測技術,多場耦合、多態融合、多使能復合高精度成形與先進控性技術,基于復雜整體結構拓撲優化和增材制造的設計與制造一體化技術,海洋工程遠程信息物理系統(CPS)云協同、云排產、云監測與云維護,異種金屬激光焊接、金屬—非金屬激光連接等綠色制造關鍵技術開發及應用。


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