中国科学院金属研究所马宗义研究团队是国内最早开展金属基复合材料研究的单位之一。近年来,团队开展了工程化制备技术研发,先后突破了短流程与规模化粉末冶金制备工艺、可控成形加工、搅拌摩擦焊接、纳米复合材料宏量制备等关键技术瓶颈。

针对金属基复合材料难以实现规模化、大规格坯锭制备的问题,团队开创了短流程粉末冶金技术,突破了复合材料规模化制备难题。实现最大3.4吨/锭的坯锭制备,远超国外最大0.45吨/锭的公开报道。所制备的大尺寸坯锭解决了风云等系列卫星对大型轻量化结构零件的急需,填补了传统材料难以兼顾轻质、高热导、低热膨胀的空白,有力支持了国家高分辨对地观测任务。

金属基复合材料固有的塑性成形能力差是制约其应用的另一个关键因素,近年来随着对结构与零件材料多样化、大型化与快速响应需求的日益提升,金属基复合材料传统的工艺试错研究模式难以满足需求。团队基于自主研发的精确物理仿真、多尺度模拟新技术,攻克了复合材料成形加工中缺陷控制与组织性能调控难题。研制的大尺寸板材、锻件、挤压件批量应用于探月与火星车关键结构部件,替代了传统铝、钛等合金,使装备性能与轻量化设计得以实现。

经过长期积累,金属基复合材料成果已获得国家发明专利授权30余项,制订企业标准5项,诞生了多项国内“首次”、“首台”、“首套”关键部件,成功实现工业应用。金属所已发展成为国内金属基复合材料领域最大的研发与产业化基地,年产量近百吨,成为航天、核电等领域多家单位的首选供货单位。

近五年,金属所为嫦娥、北斗、天宫等十几个关键型号提供复合材料产品百余批次、万余件。其中,针对精密仪表需求,研发出具有高尺寸稳定性、高强度的SiC/Al复合材料,比传统金属结构材料减重40%以上;针对航天器承载结构的减重需求,研发出轻质、高强、高模、耐疲劳SiC/Al复合材料,部分替代高强铝合金或钛合金,减重达20%-40%;针对电子封装和遥感光学仪器对轻量化、低膨胀热管理材料的需求,突破高SiC含量(55%~65%)铝基复合材料的制备加工、大尺寸厚截面零件制备技术,替代了钼铜、钛、因瓦合金。

此外,针对中子吸收材料研发滞后,长期依赖进口,制约核电自主化发展战略的局面,团队突破B4C/Al复合材料坯锭规模化制备与板材轧制技术,制备出高成材率和高均匀性分布的B4C板材,同时开发出耐磨焊接工具,成功应用于“龙舟CSNC”乏燃料容器样机和全球首台高温气冷堆核燃料运输容器,实现乏燃料运输材料国产化,并在国内核电领域首次实现国产中子吸收复合材料供货,替代进口产品应用于中国多个自主研发设备的核设备。