材料成形技術(shù)及新材料

材料成形技術(shù)及新材料一、 項目定義項目名稱：材料成形技術(shù)及新材料項目所屬領(lǐng)域：基礎產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)涉及的主要學科：材料加工工程（國家重點學科）、材料學、材料物理化學項目主要研究方向：?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用二、 項目背景.項目建設意義材料加工工程在先進制造技術(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代的重要科學基礎和共性技術(shù)。其中囊括高效、精密的加工工藝、裝備和檢測技術(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。材料科學的基礎研究為新材料、新技術(shù)提供理論基礎，是現(xiàn)代國防、機械、汽車等支柱產(chǎn)業(yè)發(fā)展的共性基礎。同時，材料科學基礎研究揭示物質(zhì)本質(zhì)，促進成形新型材料，引導新型技術(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研究。根據(jù)材料的服役效能來調(diào)整成份、組織、結(jié)構(gòu)、進而對材料的制備工藝進行設計，將使材料在強韌性、抗摩擦、抗沖擊、抗腐蝕等方面的性能大大提高，對材料科學的全面發(fā)展起關(guān)鍵促進作用。吉林大學材料加工工程學科是國家重點學科，在師資隊伍、人才培養(yǎng)、科學研究和設備條件等方面，居國內(nèi)先進地位。以材料加工工程學科為核心，結(jié)合材料學、材料物理與化學，加強內(nèi)涵建設、重視專業(yè)外延，強調(diào)團隊精神，突出個性特色。力爭跟住世界先進水平、縮小差距，在本學科群中的一些有相對優(yōu)勢的研究分支（金屬塑性與超塑性、無模成形、變質(zhì)鑄造、納米材料及應用和功能材料等）繼續(xù)保持世界先進水平，對于我國在材料科學與工程領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)教學和科研水平的跨越式發(fā)展有重要意義。.國際水平材料加工工程、材料學和材料物理與化學是一個既有近親關(guān)系，又有個性特色的綜合學科。近十年來，理論創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和學科之間交叉、融合所產(chǎn)生的新興學科，更是層出不窮，形成了材料科學和加工工程領(lǐng)域的概貌。其基本特點是已形成基礎理論、應用基礎理論、技術(shù)和產(chǎn)品交互支持并互相反饋的動態(tài)局面。目前國外鑄造領(lǐng)域的研究熱點是以凝固理論為基礎，研制新型鑄造合金、開發(fā)傳統(tǒng)合金的改性，并落實在先進精密成形工藝與裝備方面。從國際上看，大部分凝固理論的基本概念和觀點都是外國學者提出來的； 在半固態(tài)成形方面，奠基性的理論是由MIT的學者提出來的；新型合金方面，在細化、凈化、均勻化和微合金化等領(lǐng)域近年來國際上又有新的發(fā)展。CAD/CAE/CAM的集成，以美國的Procast軟件為代表的新型軟件可謂接踵問世。在塑性成形領(lǐng)域，國際上在航空、航天、精密儀器和醫(yī)療器械等行業(yè)，雖然廣泛應用了超塑性技術(shù)，但在變形和成形的力學規(guī)律、微觀物理機理，特別是宏觀規(guī)律與微觀機理相銜接的定量研究方面并沒有重大的進展。在塑性變形及其成形規(guī)律的研究仍基本處于20世紀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，無須經(jīng)過機械加工就可直接使用。無模多點成形，在國外雖然有幾十年的研究與開發(fā)，但至今還處于實驗室的研究階段，距產(chǎn)業(yè)化尚有相當?shù)木嚯x。在焊接領(lǐng)域，當今國際焊接技術(shù)研究的發(fā)展總趨勢是焊接過程控制系統(tǒng)的智能化、焊接生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性化和集成化及先進材料（陶瓷材料、復合材料、有序金屬間化合物和功能材料等）的連接機理、方法與工藝研究。隨著機器人運動學和動力學、傳感技術(shù)、控制技術(shù)的迅速發(fā)展，在弧焊機器人接頭跟蹤，焊接機器人的離線編程技術(shù)，機器人焊接動態(tài)過程智能化控制等方面不但取得突破性進展，而且在工業(yè)發(fā)達國家已用于生產(chǎn)實際。近年來先進材料連接機理的研究，雖然也取得較大進展，但目前仍處于實驗室研究階段。材料學和材料物理與化學在現(xiàn)代工業(yè)中的應用，特別是機械和汽車零部件中的應用雖然在國外受到普遍重視，但尚屬初起階段，有許多空白可供人占領(lǐng)。.國內(nèi)水平我國近幾年來，除計算機輔助設計（CAD）、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）之外，重點發(fā)展的先進制造技術(shù)包括超塑成形與擴散連接、精密成形、快速原型制造(RPM)技術(shù)、金屬材料熱成形過程的模擬、超精密加工、數(shù)控工業(yè)機器人和分布式網(wǎng)絡化制造技術(shù)等。盡管如此，我國機械制造業(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1995年人平均已達到1530美元。此外，由于長期習慣于仿造外國產(chǎn)品，我國的制造業(yè)和加工業(yè)缺乏創(chuàng)新能力。同時，基礎較為落后、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制造，同時也要加強基礎工藝和設備研究。從整體上看，我國材料研究與發(fā)展多是從解決重大工程需求入手來安排攻關(guān)項目，圍繞具體產(chǎn)品展開工作。對材料科學與工程基礎的研究缺乏深度和廣度， 擁有自主知識產(chǎn)權(quán)與創(chuàng)新的理論和技術(shù)不多，尤其在基礎研究與技術(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)合國情，一方面要樹立材料的研究、開發(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)對材料提出新的要求，樹立新材料的設計、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研究。三、項目現(xiàn)有基礎本項目學科總體水平和綜合實力居國內(nèi)同類 學科先進地位?，F(xiàn)有教授45名，其中，中國科學院院士1名，長江學者獎勵計劃特聘教授2名，博士生導師25名，博士和在職攻讀博士學位者占教師總數(shù)的60%左右。學術(shù)隊伍結(jié)構(gòu)合理，實力雄厚。已累計培養(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，積累了培養(yǎng)高層次人才培養(yǎng)的一整套經(jīng)驗?！熬盼濉逼陂g已完成國家級科研項目25項、省部級項目64項。目前正在運行的國家級科研項目17項、省部級項目48項?！熬盼濉逼陂g獲國家級獎3項，省部級獎28項。發(fā)表SCI檢索論文219篇，獲國家發(fā)明專利9項。在近十年內(nèi)，派遣出國訪問學者32人次，請國外專家來校講學27人次，國際合作項目5項。實驗室面積一萬多平方米，具有價值 40萬元人民幣以上的先進儀器設備共13臺。四、項目建設目標和主要建設內(nèi)容（一）項目建設目標在“十五”期間把本項目建設成科研、人才培養(yǎng)、技術(shù)開發(fā)和中試生產(chǎn)一體化的基地，成為機械、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)量接近國際水平。在塑性與超塑性變形的理論研究、無模成形、新型鑄造熱作模具材料、納米材料及其開發(fā)應用、現(xiàn)代焊接成形與控制、功能與高分子材料等研究領(lǐng)域，具備承擔國家重大攻關(guān)課題的能力。保持在國內(nèi)同類學科領(lǐng)域研究的先進水平，部分研究領(lǐng)域達到國際先進水平，個別領(lǐng)域研究達到或保持國際領(lǐng)先水平。（二）主要建設內(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理論及應用、無模成形、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維增強金屬基復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。包含點焊熔核形成機理、鋁基復合材料擴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、無機非金屬材料、高分子材料及復合材料成分、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。.學術(shù)隊伍建設和學術(shù)交流加強學術(shù)隊伍建設，教師中博士的比例達到 70%以上，培養(yǎng)6—8名中青年學術(shù)帶頭人，其中在國內(nèi)知名、國際上有一定影響的中青年學者達到9—10名，形成一支由高水平學術(shù)帶頭人和學術(shù)骨干為核心的結(jié)構(gòu)合理， 既有團隊凝聚精神，又有個性特色的教師隊伍。加強實質(zhì)性的國際交流合作，主辦國際學術(shù)會議 1次，派出訪問學者22名，邀請18名國外專家來校講學，派出2名專家赴國外講學，進行國際合作研究項目3項。.基地條件建設在現(xiàn)有實驗條件的基礎上，對納米材料研究、精密鑄造和新材料研究、精密焊接技術(shù)、無模成形技術(shù)、塑性與超塑性變形實驗室補充先進設備，并增強其試驗測試能力。重點建設連續(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、材料物理化學宏觀與微觀檢測分析中心。使同類試驗手段在全國處于領(lǐng)先水平。五、預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，國內(nèi)外訪問學者9名的能力。在科研方面，具備跟蹤國際材料近凈成形技術(shù)及新材料的應用領(lǐng)域的科技前沿和承擔機械、汽車零部件連續(xù)局部精成形、無模成形、納米材料的研究及應用、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，具備解決學術(shù)隊伍新老交替、研究內(nèi)容深化、拓寬和試驗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%，承擔國家重大項目和國際合作科研項目20項左右，在機械、汽車零部件近凈成形和新材料的應用中進一步增強我國的自主