- 【2023-09-13】工業(yè)和信息化部辦公廳 國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局辦公室關(guān)于印發(fā)《知識(shí)產(chǎn)權(quán)助力產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)方案（2023─2027年）》 的通知
空間特有的環(huán)境中，微重力是最重要的特征之一，在空間中利用微重力特性和無容器狀態(tài)進(jìn)行材料加工以及成型原理的探索對(duì)新材料的研發(fā)具有重要意義。
無容器材料實(shí)驗(yàn)柜仿若“太空抽屜”，我國天宮空間站部署的無容器材料實(shí)驗(yàn)柜由中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心研發(fā)，可實(shí)現(xiàn)樣品懸浮狀態(tài)下的加熱熔融、物性測量以及過冷凝固等步驟。本文以專利技術(shù)為出發(fā)點(diǎn)，梳理無容器合金材料實(shí)驗(yàn)的核心技術(shù)，以期對(duì)無容器材料實(shí)驗(yàn)技術(shù)發(fā)展提供參考。
偏晶合金又稱難混溶合金或不混溶合金，具有優(yōu)異的潤滑、導(dǎo)電、導(dǎo)熱和磁性能，可用作自潤滑材料、超導(dǎo)材料、磁流體發(fā)電機(jī)材料和永磁體材料等。然而，常規(guī)鑄造技術(shù)難以制備性能優(yōu)異的偏晶合金，而太空中的微重力環(huán)境則為偏晶合金的熔煉創(chuàng)造了良好的研究條件。
1990年，我國科研人員研究了正交電磁場參數(shù)對(duì)偏晶合金比重偏析的影響。2017年，西北工業(yè)大學(xué)提交的一件專利申請，可解決偏晶合金的偏析問題，同時(shí)克服現(xiàn)有微重力快速凝固技術(shù)中落管長度與合金液滴尺寸成反比的不足。2019年，北方民族大學(xué)提交的一件專利申請，使凝固的合金中元素偏析有明顯改善。2021年，西北工業(yè)大學(xué)的一件專利也取得了突破性的進(jìn)展。
復(fù)相合金中極具代表性的NbSi合金（鈮硅合金）是下一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件的候選材料之一，但NbSi合金的低室溫?cái)嗔秧g性限制了其工業(yè)化的應(yīng)用，而微重力條件下的無容器技術(shù)則是一種新型的研究手段。
2008年，北京航空航天大學(xué)較早提交了一件相關(guān)專利申請。2012年，中航商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司提交的一件專利申請使得其斷裂韌性提高約一倍。2012年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)提交的一件專利申請，可獲得低密度、高彈性模量、優(yōu)異的高溫強(qiáng)度和抗氧化性的NbSi合金。西北工業(yè)大學(xué)教授王海鵬團(tuán)隊(duì)長期從事靜電懸浮無容器技術(shù)研究，2022年提交的一件專利申請解決了NbSi合金在空間站靜電懸浮試驗(yàn)中難以快速準(zhǔn)確調(diào)節(jié)單色紅外發(fā)射率的問題。同年，王海鵬團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)了靜電懸浮觸發(fā)凝固方法。2023年，該團(tuán)隊(duì)提交的一件專利申請實(shí)現(xiàn)了控制合金的相組成。同年，該團(tuán)隊(duì)提交的一件專利申請，使得所得的復(fù)相合金硬度和斷裂韌性顯著提升。
非晶合金是優(yōu)良的軟磁、催化、耐磨、耐腐蝕材料。采用微重力條件下的無容器技術(shù)，可以使樣品處于過冷狀態(tài)，快速固化形成非晶態(tài)金屬。
近15年以來，我國創(chuàng)新主體針對(duì)多種無容器技術(shù)制備非晶合金進(jìn)行了探索和嘗試。2012年，北京科技大學(xué)采用霧化噴射沉積技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在液態(tài)技術(shù)霧化過程中過冷度的增大，以及噴射沉積時(shí)近似無容器凝固的極快冷卻，大大減少了異質(zhì)形核的可能性。2015年，西北工業(yè)大學(xué)提交的一件專利申請可以使得凝固過程中獲得更大過冷度，實(shí)現(xiàn)形核率增大。2019年，西北工業(yè)大學(xué)采用落管無容器快速凝固制備方法，獲得并篩選具有優(yōu)異性能的非晶微球。2020年，中國空間技術(shù)研究院以非晶合金絲材為原材料，利用脈沖電流作為非晶合金太空增材制造的熱源，從而保證了在微重力條件下太空增材制造非晶合金的穩(wěn)定性。此外，我國創(chuàng)新主體還利用無容器技術(shù)制備出了新型的非晶材料。
值得一提的是，在無容器合金材料技術(shù)上，我國創(chuàng)新主體雖起步較晚，但后來居上，隨著我國無容器合金材料技術(shù)的不斷成熟，制備得到的合金材料有望獲得商業(yè)化應(yīng)用，創(chuàng)新主體應(yīng)做好高價(jià)值專利培育布局，為創(chuàng)新技術(shù)保駕護(hù)航。（國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局2022年專利分析普及推廣項(xiàng)目航空航天特種鋼材料專利分析研究課題組）
文章來源：中國知識(shí)產(chǎn)權(quán)網(wǎng)
