3D打印含油自潤滑材料研究獲進展

聚合物基含油自潤滑復合材料憑借其輕質、耐腐蝕、低噪音且長期免維護的特性，在航空航天、汽車工業等前沿領域具有廣泛應用前景。傳統方法制備含油自潤滑復合材料大多采用先制備多孔材料后填充潤滑劑的兩步法，存在工藝復雜、含油率低等問題，且難以實現復雜結構成形。因此，發展新型聚合物基含油自潤滑材料與器件快速成形技術具有重要意義。

近日，中國科學院蘭州化學物理研究所固體潤滑國家重點實驗室王曉龍研究員團隊提出了一種微乳液增材制造聚合物含油自潤滑復合材料的新策略，采用光固化3D打印一步實現了含油自潤滑復合材料與復雜結構機械零部件成形（圖1）。

圖1. 微乳液材料的制備、打印及自潤滑機理

該方法借助滑石粉（talc）對微油滴的穩定作用實現了潤滑油微液滴均勻穩定分散的微乳液光敏樹脂。通過數字光處理（DLP），3D打印在光敏墨水由液態到固態的固化過程中將微油滴固定在材料體系中，從而一步得到了含油聚合物自潤滑復合材料。

研究人員通過對材料體系中各組分含量和制備過程的有效控制，實現了PAO微油滴在墨水中的穩定分散（圖2）。采用SEM發現，該微乳液體系經過光固化3D打印后被均勻地固定在材料體系中（圖3）。摩擦測試表明，該微乳液3D打印制備的含油自潤滑復合材料的摩擦系數可降至0.1以下，比純聚合物降低了82.9 %（圖4），同時，磨損體積也有大幅降低，表現出優異的減摩抗磨性能。

圖2. 不同時間墨水中微油滴的分散狀態（a）24 h,（b）48 h,（c）72 h,（d）96 h

圖3. 固-液復合自潤滑材料斷面SEM表面形貌

圖4. 3D打印含PAO自潤滑復合材料的摩擦系數（a,b）和磨損體積（c,d）

結合3D打印自由制造與快速成形的特點，研究人員設計制作了不同種類齒輪和軸承保持架，發現采用3D打印制造的器件尺寸收縮率均小于2%，證明了微乳液3D打印成形的結構具有高的尺寸穩定性和精度（圖5），具備制造精密復雜結構件的成形能力。這種基于3D打印的新型聚合物含油自潤滑復合材料成形策略，為制造自潤滑復合結構及其跨尺度復雜結構構件成形提供了新的思路和材料技術方案。

圖5. 3D打印微乳液含油自潤滑器件

相關研究成果近期以"Vat photopolymerization 3D printing of oil filled cyanate ester for one-step fabricating self-lubricating parts"為題發表在CompositesPartB(https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2023.110996)上。吳濤博士為該論文第一作者，王曉龍研究員和姬忠瑩助理研究員為通訊作者。

基于以上策略，研究團隊進一步發展了基于3D打印的自脫模模具的成形技術，相關成果以"3D printing of release-agent retaining molds"為題發表在AdditiveManufacturing(https://doi.org/10.1016/j.addma.2023.103580)上。

以上工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院戰略重點研究計劃、中國科學院"西部之光"人才培養計劃、蘭州化物所青年學者聯合基金和蘭州市城關區科技計劃等的支持。

（中國科學院蘭州化物所）

碳化硅陶瓷增材制造研究取得新進展

碳化硅（SiC）陶瓷結構件在各類新應用場景的需求正在逐漸增多，其中包括核工業領域的大尺寸復雜形狀SiC陶瓷核反應堆芯；集成電路制造關鍵裝備光刻機的SiC陶瓷工件臺、導軌、反射鏡、陶瓷吸盤、手臂等；新能源鋰電池生產配套的中高端精密SiC陶瓷結構件；光伏行業生產用擴散爐配套高端精密SiC陶瓷結構件和電子半導體高端芯片生產制程用精密高純SiC陶瓷結構件。但是由于SiC 是Si-C鍵很強的共價鍵化合物，硬度僅次于金剛石，具有極高的硬度和顯著的脆性，精密加工難度大。因此，大尺寸、復雜異形中空結構精密SiC 結構件的制備難度較高，限制了SiC 陶瓷在諸如集成電路這類的高端裝備制造領域中的廣泛應用，3D打印技術可以有效解決這一難題。3D打印SiC陶瓷制備技術已成為目前SiC陶瓷研究和應用的主要發展方向之一。目前3D打印SiC陶瓷主要為反應燒結SiC陶瓷，大多數密度低于2.95 g/cm3，硅含量通常大于30 vol%，甚至高達50 vol%，由于硅熔點低于1410 ℃，導致其使用溫度較低，大大限制了3D打印SiC陶瓷在半導體領域（如LPCVD）的應用場景。

3D打印SiC陶瓷示意圖

氣相滲硅形成的多孔SiC殼層

采用氣相和液相聯用滲硅得到的SiC陶瓷力學性能

中國科學院上海硅酸鹽研究所黃政仁研究員團隊陳健研究員在前期提出高溫熔融沉積結合反應燒結3D打印SiC陶瓷的基礎上（Additive Manufacturing，2022，58,102944），進一步將陶瓷打印體等效碳密度從0.80 g/cm3提高至接近理論等效碳密度0.91 g/cm3，等效碳密度的增加導致滲硅難度呈指數級提升，直接液相滲硅容易阻塞通道導致滲硅失效。近期研究團隊提出了氣相與液相滲硅聯用逐次滲硅方法，通過氣相熔滲反應形成多孔SiC殼層，避免高碳密度的陶瓷打印體在液相滲硅初期發生快速劇烈反應，同時限制液態硅與固體碳的接觸面積，這樣不會發生熔滲通道的堵塞，使得后續的液相反應能夠緩慢且持續地進行。最終制備的SiC陶瓷密度可達3.12 g/cm3，硅含量降低至10 vol%左右，抗彎強度和彈性模量分別達到了465 MPa和426 GPa，力學性能與常壓固相燒結SiC陶瓷相當，可以極大提高SiC陶瓷環境使用溫度。相關研究成果發表在J.Eur.Ceram.Soc（.doi.org/10.1016/j.jeurceram soc.2023.09.059），申請中國發明專利2項，其中1項已授權（ZL202211260158.3），論文第一作者為上海硅酸鹽所碩士畢業生李凡凡和博士畢業生祝明，通訊作者為陳健研究員和黃政仁研究員。相關研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金面上、上海市自然科學基金面上等項目的資助和支持。

（中國科學院上海硅酸鹽研究所）

新型高溫鎳基合金激光焊接研究取得進展

近期，中國科學院上海光學精密機械研究所激光智能制造技術研發中心研究員楊上陸團隊，在高溫熔鹽用新型結構材料激光焊接方面取得新進展。該研究首次采用高功率激光器，實現了鎳基高溫合金的無缺陷焊接成形，并對焊接接頭顯微組織和力學性能進行了系統評價。相關研究成果以Laser welding of GH3539 alloy for molten salt reactor: processing optimization,microstructure and mechanical properties為題，發表在《材料表征》（Materials Characterization）上。

Gh3539合金是我國自主研發的新型高溫鎳基合金，具有優異的高溫機械和抗腐蝕性能，適用于超高溫（≥850℃）熔鹽環境。然而，較高的合金化導致該合金具有較高的焊接裂紋敏感性。為實現合金結構部件的高效高質激光焊接，該團隊利用光纖激光焊接技術，探討了不同焊接工藝參量對3 mm板厚GH3539合金焊接成形的影響，通過工藝優化抑制了焊接裂紋、氣孔等缺陷的生成，首次實現了GH3539合金無缺陷焊接成形，并在此基礎上對焊接接頭的顯微組織和常溫/高溫力學性能進行了系統評價；分析了激光焊接接頭的拉伸斷裂行為，闡明了合金激光焊接接頭斷裂模式。該工作為推動GH3539鎳基高溫合金激光焊接技術發展和合金的應用奠定了基礎。

（a） GH3539激光焊接接頭焊接截面；（b）GH3539合金微觀組織；（c）GH3539合金激光焊接接頭XRD結果；（d）GH3539合金激光焊接接頭硬度分布；（e）不同溫度下母材及焊接接頭的工程應力-應變曲線；（f）不同溫度下母材及焊接接頭的平均延伸率。

研究工作得到國家自然科學基金和國家重點研發計劃的支持。

（中國科學院上海光學精密機械研究所）

中國汽車芯片標準檢測認證聯盟正式成立

2023年9月1日，在工業和信息化部、國務院國資委、國家市場監督管理總局以及天津市政府的大力支持和具體指導下，中國汽車技術研究中心有限公司（以下簡稱“中汽中心”）牽頭籌備的中國汽車芯片標準檢測認證聯盟（以下簡稱“聯盟”）在天津正式成立。聯盟由汽車芯片全產業鏈的120余家企事業單位組成，中汽中心擔任理事長單位和秘書處單位。

成立大會上，天津市副市長朱鵬，中國科學院院士、中國密碼學會理事長王小云，中汽中心總經理陸梅，工業和信息化部裝備工業一司副司長郭守剛、電子信息司副司長史惠康，國家市場監督管理總局認證監管司副司長李春江，以及來自汽車整車及芯片企業、行業組織、科研機構等共計200余名嘉賓現場參會，會議由天津市工業和信息化局局長尹繼輝主持。

天津市副市長朱鵬致辭

中國汽車芯片標準檢測認證聯盟成立大會現場

朱鵬充分肯定了聯盟成立的重要性和必要性，希望聯盟立足職責定位，在促進中國汽車芯片標準建立、產品上車應用、行業生態建設、服務全產業鏈上發揮積極作用，有效助力產業發展。

中汽中心總經理陸梅致辭

陸梅全面回顧了聯盟策劃籌備的背景和成立的重要意義。她表示，中汽中心將積極發揮中央企業的引領帶動作用，勇擔聯盟理事長的組織牽頭職責，高效細致做好秘書處單位的統籌協調工作，以標準為引領，以檢測認證為核心，加快推動汽車芯片產業的關鍵共性體系完善，與聯盟各單位一道，共同為我國汽車芯片產業高質量可持續發展作出重要貢獻。

工業和信息化部電子司副司長史惠康致辭

史惠康表示，集成電路產業已成為新一代信息技術的核心組成部分，希望聯盟加快推動集成電路和汽車產業的協同創新、跨界融合，打造汽車芯片發展新高地。

國家市場監督管理總局認證監管司副司長李春江致辭

李春江表示，希望聯盟切實發揮認證認可和檢驗檢測對產業發展的基礎性、先導性、戰略性、引領性作用，為汽車芯片產業發展作出更大貢獻。

聯盟正式成立儀式

會議期間，政府領導、行業專家以及聯盟理事長和副理事長代表，共同宣布聯盟正式成立。

中國科學院院士、中國密碼學會理事長王小云作主題報告

會上，王小云院士作了題為《密碼技術與數字經濟高質量發展》的主旨報告，聚焦數據要素市場與安全、密碼技術及發展、區塊鏈技術及應用，關聯密碼技術與密碼芯片的汽車行業應用，并為行業高質量發展提出建議。

天津市經濟技術開發區黨委書記、管委會主任洪世聰作汽車產業集群發展規劃報告，從經開區汽車產業發展規劃、支持汽車芯片產業集聚的屬地政策等方面進行了介紹。

成立大會前，聯盟召開了第一次代表大會，完成了對聯盟章程、聯盟工作計劃、聯盟倡議書的審議表決，舉行了聯盟理事長、副理事長及專家委員、秘書處負責人的聘任。

未來，聯盟將堅持以“讓測試有據可依，讓行業有芯可選”為宗旨，以檢測促進中國汽車芯片標準建立、促進產品上車應用、促進行業生態建設、服務全產業鏈為總體思路，聚焦新能源和智能網聯汽車領域，構建基礎檢測規范，支撐汽車芯片產業鏈高質量發展。中汽中心將繼續踐行汽車行業“國家隊”的使命擔當，立足獨立、公正、第三方的行業定位，扎根汽車芯片行業關鍵共性需求，發揮汽車全價值鏈技術服務核心優勢，為推動汽車芯片產業鏈發展、構建國家現代化產業體系和建設汽車強國作出更大貢獻。（翟瑞卿 彭文春）