为广泛调动科技工作者的积极性和创造性，全面反映湖北科技发展成就，营造良好的科技创新氛围，日前，省科协公布“2023年度湖北十大科技进展”。其中，华中科技大学史玉升教授团队的“大型复杂碳化硅构件整体增材制造成套技术”等十项科技进展入围。这些项目从全省学会、高校、科研院所和企业等多渠道推荐的项目中，经专家评审、院士投票、社会公示等环节，共同遴选而出。
© 湖北科协
大型复杂碳化硅构件
整体增材制造成套技术
碳化硅陶瓷具有优异的耐磨性、耐腐蚀、耐高温、抗氧化以及低热膨胀系数等性能，是航空航天、电子信息等领域中的关键材料，大型复杂碳化硅陶瓷基复合材料构件广泛用于国家重大战略装备、核心支柱产业，如大尺寸复杂空间反射镜等，但由于碳化硅陶瓷材料具有高温烧结变形大、缺陷敏感性强等特点，烧结后难以加工制造，其整体制造为世界性难题。
华中科技大学史玉升团队提出碳化硅复合粉材的制备及其大型复杂构件的增材制造创新思路，即采用增材制造技术整体成形复杂预制体，通过碳纤维强化和反应熔渗致密化获得复杂碳化硅陶瓷基复合材料构件。但此方法存在粉末堆垛行为复杂和反应相组成及性能控制难、大型模型数据软件处理效率低、大型增材制造装备多激光协同控制难、反应熔渗行为复杂和陶瓷强度韧性低等突出难题。对此，史玉升团队从材料、软件、装备和工艺等方面开展系统研究，取得了系列创新成果。
团队提出了增材制造专用碳化硅陶瓷复合粉材的溶液包覆制备方法，制备出高性能碳化硅陶瓷复合粉材，能满足激光选区烧结增材制造工艺要求。研发了大数据、多激光协同扫描的增材制造数据处理与工艺规划软件，实现了大型复杂陶瓷构件整体制造的实时数据处理，可快速处理任意尺寸、任意复杂度的模型。团队还研制了世界上最大成形尺寸的复杂碳化硅陶瓷基复合材料构件增材制造装备，实现了单激光扫描系统的高精度扫描和多激光扫描系统的高精度拼接，能高效率、高质量进行增材制造。
基于上述创新成果，该团队创建了大型复杂碳化硅陶瓷复合材料构件整体成形的材料、软件、装备、工艺成套技术，研制出目前世界最大成形尺寸的四激光陶瓷构件增材制造装备，以及大型复杂3D模型数据高效处理与工艺规划软件，制造出了集成电路光刻机方镜、空间遥感卫星反射镜等复杂碳化硅陶瓷复合材料构件。
据悉，该成果获得中国以及美、欧、日、俄发明专利14件，已建成专用陶瓷材料产线5条，生产陶瓷材料8种，向国内外销售84套陶瓷增材制造装备。团队创建的成套技术已在光伏、半导体、医药、化工、能源、采矿领域等应用，在国际上首次解决米级复杂碳化硅陶瓷渣浆泵整体制造的世界性难题，引领了国际复杂陶瓷构件整体增材制造的发展方向。如，制造出的空间反射镜，减重60%，在卫星中得到应用；制造出用于我国自主研制的光刻机等集成电路制造装备的方镜，解决了我国“卡脖子”难题。
l 来源：湖北科协、湖北天天科普
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