材料成形技術(shù)及新材料

材料成形技術(shù)及新材料一、 項(xiàng)目定義項(xiàng)目名稱：材料成形技術(shù)及新材料項(xiàng)目所屬領(lǐng)域：基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)涉及的主要學(xué)科：材料加工工程（國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科）、材料學(xué)、材料物理化學(xué)項(xiàng)目主要研究方向：?塑性精成形及模具CAD/CAE/CAM的集成?鑄造合金新材料及其精密成形?汽車現(xiàn)代焊接成形與控制?納米材料相變及組織與性能?功能新材料在塑性精成型中的應(yīng)用二、 項(xiàng)目背景.項(xiàng)目建設(shè)意義材料加工工程在先進(jìn)制造技術(shù)中占有重要地位， 是發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)工業(yè)更新?lián)Q代的重要科學(xué)基礎(chǔ)和共性技術(shù)。其中囊括高效、精密的加工工藝、裝備和檢測(cè)技術(shù)，低能耗、低成本產(chǎn)品的流程制造，集成、柔性、智能化制造系統(tǒng)，是工程可持續(xù)發(fā)展與綠色制造體系的重要組成部分。材料科學(xué)的基礎(chǔ)研究為新材料、新技術(shù)提供理論基礎(chǔ)，是現(xiàn)代國(guó)防、機(jī)械、汽車等支柱產(chǎn)業(yè)發(fā)展的共性基礎(chǔ)。同時(shí)，材料科學(xué)基礎(chǔ)研究揭示物質(zhì)本質(zhì)，促進(jìn)成形新型材料，引導(dǎo)新型技術(shù)和行業(yè)，產(chǎn)生新的支柱產(chǎn)業(yè)。材料合成與加工新技術(shù)研究包含納米結(jié)構(gòu)材料和金屬加工、聚合物加工、陶瓷加工、復(fù)合材料加工、快速凝固、超純材料、近終型加工等各類合成與加工的基礎(chǔ)研究。根據(jù)材料的服役效能來(lái)調(diào)整成份、組織、結(jié)構(gòu)、進(jìn)而對(duì)材料的制備工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)，將使材料在強(qiáng)韌性、抗摩擦、抗沖擊、抗腐蝕等方面的性能大大提高，對(duì)材料科學(xué)的全面發(fā)展起關(guān)鍵促進(jìn)作用。吉林大學(xué)材料加工工程學(xué)科是國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科，在師資隊(duì)伍、人才培養(yǎng)、科學(xué)研究和設(shè)備條件等方面，居國(guó)內(nèi)先進(jìn)地位。以材料加工工程學(xué)科為核心，結(jié)合材料學(xué)、材料物理與化學(xué)，加強(qiáng)內(nèi)涵建設(shè)、重視專業(yè)外延，強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)精神，突出個(gè)性特色。力爭(zhēng)跟住世界先進(jìn)水平、縮小差距，在本學(xué)科群中的一些有相對(duì)優(yōu)勢(shì)的研究分支（金屬塑性與超塑性、無(wú)模成形、變質(zhì)鑄造、納米材料及應(yīng)用和功能材料等）繼續(xù)保持世界先進(jìn)水平，對(duì)于我國(guó)在材料科學(xué)與工程領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)教學(xué)和科研水平的跨越式發(fā)展有重要意義。.國(guó)際水平材料加工工程、材料學(xué)和材料物理與化學(xué)是一個(gè)既有近親關(guān)系，又有個(gè)性特色的綜合學(xué)科。近十年來(lái)，理論創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和學(xué)科之間交叉、融合所產(chǎn)生的新興學(xué)科，更是層出不窮，形成了材料科學(xué)和加工工程領(lǐng)域的概貌。其基本特點(diǎn)是已形成基礎(chǔ)理論、應(yīng)用基礎(chǔ)理論、技術(shù)和產(chǎn)品交互支持并互相反饋的動(dòng)態(tài)局面。目前國(guó)外鑄造領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)是以凝固理論為基礎(chǔ)，研制新型鑄造合金、開(kāi)發(fā)傳統(tǒng)合金的改性，并落實(shí)在先進(jìn)精密成形工藝與裝備方面。從國(guó)際上看，大部分凝固理論的基本概念和觀點(diǎn)都是外國(guó)學(xué)者提出來(lái)的； 在半固態(tài)成形方面，奠基性的理論是由MIT的學(xué)者提出來(lái)的；新型合金方面，在細(xì)化、凈化、均勻化和微合金化等領(lǐng)域近年來(lái)國(guó)際上又有新的發(fā)展。CAD/CAE/CAM的集成，以美國(guó)的Procast軟件為代表的新型軟件可謂接踵問(wèn)世。在塑性成形領(lǐng)域，國(guó)際上在航空、航天、精密儀器和醫(yī)療器械等行業(yè)，雖然廣泛應(yīng)用了超塑性技術(shù)，但在變形和成形的力學(xué)規(guī)律、微觀物理機(jī)理，特別是宏觀規(guī)律與微觀機(jī)理相銜接的定量研究方面并沒(méi)有重大的進(jìn)展。在塑性變形及其成形規(guī)律的研究仍基本處于20世紀(jì)60年代的狀態(tài)。由于有限元的研究和三維智能化的迅速發(fā)展，特別是在模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)集成的諸多新成果，使塑性精密成形有了突破性的進(jìn)展，如塑性冷溫精密成形，已經(jīng)使圓柱和圓錐直齒輪利用閉塞鍛造成形后，無(wú)須經(jīng)過(guò)機(jī)械加工就可直接使用。無(wú)模多點(diǎn)成形，在國(guó)外雖然有幾十年的研究與開(kāi)發(fā)，但至今還處于實(shí)驗(yàn)室的研究階段，距產(chǎn)業(yè)化尚有相當(dāng)?shù)木嚯x。在焊接領(lǐng)域，當(dāng)今國(guó)際焊接技術(shù)研究的發(fā)展總趨勢(shì)是焊接過(guò)程控制系統(tǒng)的智能化、焊接生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性化和集成化及先進(jìn)材料（陶瓷材料、復(fù)合材料、有序金屬間化合物和功能材料等）的連接機(jī)理、方法與工藝研究。隨著機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)的迅速發(fā)展，在弧焊機(jī)器人接頭跟蹤，焊接機(jī)器人的離線編程技術(shù)，機(jī)器人焊接動(dòng)態(tài)過(guò)程智能化控制等方面不但取得突破性進(jìn)展，而且在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已用于生產(chǎn)實(shí)際。近年來(lái)先進(jìn)材料連接機(jī)理的研究，雖然也取得較大進(jìn)展，但目前仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。材料學(xué)和材料物理與化學(xué)在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用，特別是機(jī)械和汽車零部件中的應(yīng)用雖然在國(guó)外受到普遍重視，但尚屬初起階段，有許多空白可供人占領(lǐng)。.國(guó)內(nèi)水平我國(guó)近幾年來(lái)，除計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）之外，重點(diǎn)發(fā)展的先進(jìn)制造技術(shù)包括超塑成形與擴(kuò)散連接、精密成形、快速原型制造(RPM)技術(shù)、金屬材料熱成形過(guò)程的模擬、超精密加工、數(shù)控工業(yè)機(jī)器人和分布式網(wǎng)絡(luò)化制造技術(shù)等。盡管如此，我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的水平仍然很低，1995年人均制造業(yè)增加值僅為203.5美元，而美國(guó)1995年人平均已達(dá)到1530美元。此外，由于長(zhǎng)期習(xí)慣于仿造外國(guó)產(chǎn)品，我國(guó)的制造業(yè)和加工業(yè)缺乏創(chuàng)新能力。同時(shí)，基礎(chǔ)較為落后、投入力度有限，所以產(chǎn)品呈現(xiàn)“出不去，擋不住”的局面，總體處于跟蹤水平。因此，我們不僅要重視先進(jìn)制造，同時(shí)也要加強(qiáng)基礎(chǔ)工藝和設(shè)備研究。從整體上看，我國(guó)材料研究與發(fā)展多是從解決重大工程需求入手來(lái)安排攻關(guān)項(xiàng)目，圍繞具體產(chǎn)品展開(kāi)工作。對(duì)材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)的研究缺乏深度和廣度， 擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)與創(chuàng)新的理論和技術(shù)不多，尤其在基礎(chǔ)研究與技術(shù)推廣上尚不夠通暢。處理好傳統(tǒng)材料工藝改造與新材料、新技術(shù)工藝的關(guān)系，結(jié)合國(guó)情，一方面要樹(shù)立材料的研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)的一體化研究思路；另一方面還要重視現(xiàn)代制造業(yè)對(duì)材料提出新的要求，樹(shù)立新材料的設(shè)計(jì)、加工和使用一體化的研究思路，更要重視傳統(tǒng)材料推陳出新中的基礎(chǔ)研究。三、項(xiàng)目現(xiàn)有基礎(chǔ)本項(xiàng)目學(xué)科總體水平和綜合實(shí)力居國(guó)內(nèi)同類 學(xué)科先進(jìn)地位。現(xiàn)有教授45名，其中，中國(guó)科學(xué)院院士1名，長(zhǎng)江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃特聘教授2名，博士生導(dǎo)師25名，博士和在職攻讀博士學(xué)位者占教師總數(shù)的60%左右。學(xué)術(shù)隊(duì)伍結(jié)構(gòu)合理，實(shí)力雄厚。已累計(jì)培養(yǎng)本科生 1890名，碩士研究生264名，博士研究生91名，出站博士后研究人員8名。畢業(yè)生受到普遍好評(píng)，積累了培養(yǎng)高層次人才培養(yǎng)的一整套經(jīng)驗(yàn)。“九五”期間已完成國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目25項(xiàng)、省部級(jí)項(xiàng)目64項(xiàng)。目前正在運(yùn)行的國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目17項(xiàng)、省部級(jí)項(xiàng)目48項(xiàng)?！熬盼濉逼陂g獲國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)3項(xiàng)，省部級(jí)獎(jiǎng)28項(xiàng)。發(fā)表SCI檢索論文219篇，獲國(guó)家發(fā)明專利9項(xiàng)。在近十年內(nèi)，派遣出國(guó)訪問(wèn)學(xué)者32人次，請(qǐng)國(guó)外專家來(lái)校講學(xué)27人次，國(guó)際合作項(xiàng)目5項(xiàng)。實(shí)驗(yàn)室面積一萬(wàn)多平方米，具有價(jià)值 40萬(wàn)元人民幣以上的先進(jìn)儀器設(shè)備共13臺(tái)。四、項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)和主要建設(shè)內(nèi)容（一）項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)在“十五”期間把本項(xiàng)目建設(shè)成科研、人才培養(yǎng)、技術(shù)開(kāi)發(fā)和中試生產(chǎn)一體化的基地，成為機(jī)械、汽車零部件加工行業(yè)的技術(shù)依托單位，科研水平與人才培養(yǎng)質(zhì)量接近國(guó)際水平。在塑性與超塑性變形的理論研究、無(wú)模成形、新型鑄造熱作模具材料、納米材料及其開(kāi)發(fā)應(yīng)用、現(xiàn)代焊接成形與控制、功能與高分子材料等研究領(lǐng)域，具備承擔(dān)國(guó)家重大攻關(guān)課題的能力。保持在國(guó)內(nèi)同類學(xué)科領(lǐng)域研究的先進(jìn)水平，部分研究領(lǐng)域達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，個(gè)別領(lǐng)域研究達(dá)到或保持國(guó)際領(lǐng)先水平。（二）主要建設(shè)內(nèi)容.主要研究方向——塑性精成形及模具CAD/CAE/CAM的集成。包含塑性與超塑性變形力學(xué)理論及應(yīng)用、無(wú)模成形、冷溫精密塑性成形及模具CAD/CAE/CAM的集成、圓柱形直齒輪的連續(xù)局部精成形等?！T造合金新材料及其精密成形。包含金屬凝固行為特性及其組織控制、近終形熱作模具新材料及其成型技術(shù)、顆?；蚶w維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料和鎂合金材料液態(tài)成型及表面處理等?！嚞F(xiàn)代焊接成形與控制。包含點(diǎn)焊熔核形成機(jī)理、鋁基復(fù)合材料擴(kuò)散連接和納米陶瓷粒子熱障涂層的研究等。——納米材料相變及組織與性能。包含金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材料及復(fù)合材料成分、組織、性能等的研究。功能新材料在塑性精成型中的應(yīng)用。包含功能材料、高分子材料的結(jié)構(gòu)有序化研究，材料電子結(jié)構(gòu)的研究等。.學(xué)術(shù)隊(duì)伍建設(shè)和學(xué)術(shù)交流加強(qiáng)學(xué)術(shù)隊(duì)伍建設(shè)，教師中博士的比例達(dá)到 70%以上，培養(yǎng)6—8名中青年學(xué)術(shù)帶頭人，其中在國(guó)內(nèi)知名、國(guó)際上有一定影響的中青年學(xué)者達(dá)到9—10名，形成一支由高水平學(xué)術(shù)帶頭人和學(xué)術(shù)骨干為核心的結(jié)構(gòu)合理， 既有團(tuán)隊(duì)凝聚精神，又有個(gè)性特色的教師隊(duì)伍。加強(qiáng)實(shí)質(zhì)性的國(guó)際交流合作，主辦國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議 1次，派出訪問(wèn)學(xué)者22名，邀請(qǐng)18名國(guó)外專家來(lái)校講學(xué)，派出2名專家赴國(guó)外講學(xué)，進(jìn)行國(guó)際合作研究項(xiàng)目3項(xiàng)。.基地條件建設(shè)在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件的基礎(chǔ)上，對(duì)納米材料研究、精密鑄造和新材料研究、精密焊接技術(shù)、無(wú)模成形技術(shù)、塑性與超塑性變形實(shí)驗(yàn)室補(bǔ)充先進(jìn)設(shè)備，并增強(qiáng)其試驗(yàn)測(cè)試能力。重點(diǎn)建設(shè)連續(xù)局部塑性精密成形的中試基地、模具智能化制造與加工中心、材料物理化學(xué)宏觀與微觀檢測(cè)分析中心。使同類試驗(yàn)手段在全國(guó)處于領(lǐng)先水平。五、預(yù)期效益分析在高層次人才培養(yǎng)方面，具備每年接納碩士研究生114名和博士研究生52名、博士后研究人員6名，國(guó)內(nèi)外訪問(wèn)學(xué)者9名的能力。在科研方面，具備跟蹤國(guó)際材料近凈成形技術(shù)及新材料的應(yīng)用領(lǐng)域的科技前沿和承擔(dān)機(jī)械、汽車零部件連續(xù)局部精成形、無(wú)模成形、納米材料的研究及應(yīng)用、近終形熱作模具新材料及其成型技術(shù)、功能材料和焊接新技術(shù)等方面的重大科技攻關(guān)能力。 在自身發(fā)展方面，具備解決學(xué)術(shù)隊(duì)伍新老交替、研究?jī)?nèi)容深化、拓寬和試驗(yàn)條件逐步更新的能力。博士生培養(yǎng)能力提高約65%，教師中博士比例增加約10%，承擔(dān)國(guó)家重大項(xiàng)目和國(guó)際合作科研項(xiàng)目20項(xiàng)左右，在機(jī)械、汽車零部件近凈成形和新材料的應(yīng)用中進(jìn)一步增強(qiáng)我國(guó)的自主