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石墨增材制造技术与装备湖北省工程研究中心(简介)

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—— 2021年01月08日 17:04 作者: 浏览:

石墨增材制造技术与装备湖北省工程研究中心

一、概况

石墨增材制造技术与装备湖北省工程研究中心(以下简称工程研究中心)由三峡大学与宜昌新成石墨有限责任公司共建,于202012月由湖北省发改委批准成立。工程研究中心建设目标:充分利用国家重大产业政策,发挥三峡区域石墨矿产资源优势,为我国石墨行业企业提供原创性技术支持,力争在3-5年内建成国内一流石墨矿产资源开发与利用工程研究中心。

二、建设背景

石墨具有耐高温、耐腐蚀、深冷特性好、导热、导电性能优良、密封性能好、抗热震、防辐射性、自润滑性、可塑性和化学稳定性强等优异性能,被列为国家进一步重点扶持的新能源、新材料产品,我国天然鳞片石墨矿产资源丰富,储量在全世界排名第二;然而,长期以来,由于缺乏研发资金支持和人员投入,我国石墨精深加工技术极为匮乏,高端石墨功能结构件和高性能石墨复合件长期依赖进口,这极大地限制了我国石墨行业企业的发展。

 

1 石墨工业应用领域

在充分认识石墨粉末结构、性能和特点基础上,工程研究中心国内率先开展石墨增材制造技术与装备研究,以期生产出具有特殊结构、性能和用途的高端石墨功能结构件(器件化产品)或石墨与金属/陶瓷/有机物复合件(复合化产品),丰富现有石墨精深加工技术手段,为大幅度提升石墨资源开发与利用价值提供成形制造理论与技术支持。

 

2 高端石墨功能结构件增材制造工艺流程示意图

三、研究方向

1. 高端石墨功能结构件增材制造技术研发与应用

1)专用石墨3D打印材料研发;(2)石墨控型控性增材制造技术原理、工艺研究;(3)石墨增材制造专用装备开发。

      

2. 石墨复合化技术研究与应用

1)陶瓷基/石墨自润滑件内外结构一体化制造技术研究、装备开发;(2)金属基/石墨自润滑件内外结构一体化制造技术研究、装备开发。(3)高性能石墨密封板材多层复合成型技术


 

3. 石墨烯增材制造技术研究与应用

1)基于天然鳞片石墨的石墨烯粉体低成本、规模化生产技术研究、工业生产线开发;(2)石墨烯/PLA、石墨烯/PLA/Fe3O4等石墨烯3D打印线材;(3)石墨烯线材增材制造技术研究与装备开发;(4)石墨烯复合微粒增材制造技术研究与装备开发;(5)高性能石墨烯防腐板材多层复合成型技术。

 

四、研究团队

工程研究中心现有研究人员58名,专职研发人员55人。其中,教授22人、副教授18人、博士生导师13人、硕士生导师46人、湖北省杰出青年专家1人,国务院津贴津贴专家1人,高级职称占72.7%,博士率83.6%

吴海华教授系工程研究中心主任、博士生导师,三峡学者、三级教授,三峡大学机械与动力学院副院长、三峡大学先进制造技术学科群首席负责人,三峡大学石墨/石墨烯3D打印技术创新团队负责人,石墨增材制造宜昌市重点实验室主任,首届上银优秀机械博士论文获得者。现为中铸协模具分会第一届理事会副理事长,中国非金属矿工业协会石墨专业委员会专家组成员、微晶石墨新材料技术湖南省工程实验室专家委员会委员,中国工程物理研究院材料研究所客座教授,国家自然科学基金委评审专家,湖北省机械工程学会铸造专业委员会理事,江苏省双创技术人才。《机械工程学报》、《Rapid Prototyping Journal》、《Journal of Advanced Manufacturing Technology》等杂志审稿专家。主持国家自然科学基金、材料成形与模具技术国家重点实验室开放基金、机械制造系统工程国家重点实验室开放基金项目、湖北省自然科学基金、湖北省教育厅等项目10余项,在相关领域发表相关论文70余篇,获得国家授权发明专利30余项,实用新型20余项,科研成果转化2项,获湖北省科技进步三等奖1项。

叶喜葱副教授系工程研究中心副主任,硕士生导师;国家自然科学基金项目评审专家;主持国家自然科学基金、湖北省自然科学基金、湖北省科技支撑计划、湖北省教育厅等项目10余项;主要从事:石墨/石墨烯3D打印及其应用技术、先进材料成形及性能控制,在相关领域发表相关论文20余篇,获得国家授权发明专利10余项,获湖北省科技进步三等奖2项。

 

6 吴海华教授

 

7 核心骨干成员

五、已取得的研究成果

中心拥有省级以上创新团队1个,省部级以上奖励4项,承担国家自然科学基金、湖北省重大技术创新项目在内的重大科研项目等科研课题20余项。发表SCI/EI论文100余篇,授权发明专利100余项。中心研究成果助力三峡大学校入选湖北省双一流建设高校,工程学进入ESI世界排名前1%。中心依托已有的创新平台,加强产学研合作和科技成果转化,实现科研成果转化及产业化5项,助力宜昌石墨产业快速发展,成为服务地方经济的典范。

I)天然细鳞片石墨复合板材生产线

国内率先以工业应用价值最低的天然细鳞片石墨为研究对象,开发高强度、高气密性石墨复合密封板材。基于增材制造技术原理实现了多种材料复合,研制了国内第一条天然细鳞片石墨复合板材生产线,实现了复合板材规模化生产。授权发明专利:一种石墨复合板材的制备方法,发明人:吴海华(三峡大学)、李厅、岳新卿(宜昌新成石墨),ZL2015 1 0000268.X

在研制高强高气密性石墨复合板材基础上,开发由柔性石墨纸、石墨复合板、石墨涂料等层层组装而成的金属烟道内部防腐板及其铺装装置,已在垃圾焚烧行业获得应用。

 

8 石墨/石墨烯复合板材生产过程示意图

II)石墨粉末器件化技术与可控复合化技术

形成了选择性激光烧结成型用天然鳞片石墨3D打印材料研制和制备技术掌握了石墨基材料选择性激光烧结成型机理和工艺优化技术,解决了大尺寸石墨原型件SLS成形过程中的翘曲变形难题,保证了石墨原型件烧成工艺性和成形精度。开发了专用石墨SLS成型机,为高端石墨功能结构件低成本快速制造提供了全新的工艺技术,为天然鳞片石墨粉末直接成型高端石墨功能结构件提供了可能。

    

 III)低导热高强度的石墨陶瓷复合型替代水玻璃砂型

基于增材制造技术原理快速制备了多孔石墨骨架,发明了一种新型石墨陶瓷复合铸型内外结构一体化成形制造新方法,实现石墨与有机物/陶瓷的复合,可以用于铸造行业,替代传统的水玻璃型砂,以满足不同铸件成型工业实际应用需求。在铸造中使用的水玻璃砂型导热系数和强度(2~3MPa)均较低,不能重复使用,废砂的回收利用率低,对环境造成严重污染。石墨陶瓷复合型可重复使用,成本低,对环境污染小,目前,在中国中车供应商企业火车轮铸造中、在湖北金阳石新型耐磨材料科技有限公司获得推广与应用。

 

11 石墨陶瓷复合型增材制造技术新原理与新工艺

六、社会服务能力

工程中心具有系统的高端石墨/石墨烯功能化、复合化的结构件设计、制造、检测与开发能力。

工程研究中心拥有天然鳞片石墨提纯、各种粉体包覆预处理、粉体筛分、混粉等研发装备,拥有石墨3D打印成型件或多孔石墨骨架成型件碳化、致密化、强化等后处理设备、面向石墨与其他材料复合成型工艺与装备等,可以制备获得具有良好的流动性和成型工艺性石墨3D打印材料、吸波性能优异的石墨烯/PLA、石墨烯/PLA/Fe3O4等石墨烯3D打印线材、石墨复合板等产品装备及生产线开发。

可提供面扫描三维测量系统、电化学分析仪、定速式摩擦试验机、落射透射两用显微镜、大型超声相控阵探伤系统、动态应力应变测试分析系统、冷场发射扫描电子显微镜、透射式电子显微镜、X射线衍射仪、多功能磁测量、激光粒度分析仪等测试分析。

    

 

 

14 石墨烯纳米微片中试生产线

 

热忱欢迎各高校、企业和科研院所研发人员深入交流、广泛合作。

联系人:叶永盛          联系电话:13697278121

E-mailyeyongsheng@ctgu.edu.cn

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