[百廿交大 院系风采]材料科学与工程学院

[编者按]上海交通大学以建设世界一流大学和一流学科为己任,高度重视学院发展,第十次党代会和学校综合改革方案都提出,要积极推进“院为实体”管理体制。在上海交通大学即将迎来120周年校庆之际,学校推出“百廿交大 院系风采”专栏,以“全媒体院系日”的形式,在交大主页、新闻网、交大报、交大官方微信、官方微博、智慧之窗电子屏等宣传载体全媒体、全方位展示各院系的办学特色、标志性成果、近年来成就和未来发展规划,打造“学院名片”,助推“院为实体”改革进程,在全校营造浓郁喜庆的校庆氛围,激励交大人凝心聚力,共创一流。

中国大学生新材料创新设计大赛特等奖

  基于生物分级精细结构的材料功能特性研究在国内外率先提出了遗态材料的学术思想,为新材料构型设计提供了前瞻性思路、数据库和原理验证。该研究成果获得上海市自然科学一等奖,本成果的8篇代表性论文在Prog. Mater.Sci.、Angew.Chem.Int. Ed.、Adv. Mater.等上发表,SCI他引383次,20篇重要论文SCI他引775次,9次国际期刊封面文章,18篇次国际期刊热门文章,11次国际刊物研究亮点报道,3次ACS Press Release,1次RSC Press Release,国际重要学术会议大会、主题等特邀报告38次,授权国家发明专利12项,英文专著1本,培养包括长江、杰青2名,全国优博1名,教育部新世纪人才4名,典型工作被国际著名探索频道在全球播放。获包括Nature、Nature Nanotechnology、Nature Photonics、NPG Asia Materials、Nature China、New Scientist等典型评述百余次,相关学术思路与方法被Marc André Meyers等国际著名学者大幅引用,被碳纳米管发现者-饭岛澄男教授、牛津大学A.Parker教授等积极评价,被美国两院院士、2013年度诺贝尔化学奖热门候选人Chad A. Mirkin教授等国际同行采用,引领和带动了分级结构功能材料设计与制备科学,并促进了相关领域和学科发展。 

  高温合金大型复杂薄壁铸件精密成型技术是航空发动机制造的关键技术之一。以涡轮后机匣为代表的大型热端部件,在成型过程中极易出现疏松、变形、尺寸超差等缺陷,是我国航空发动机研制面临的主要瓶颈问题之一。
  该技术成功解决了大面积薄壁完整充型、凝固缺陷的控制和尺寸精度控制难题,研制出国内尺寸最大、壁厚最薄、结构最复杂的高温合金涡轮后机匣铸件,相关技术已成功用于航天重大专项、航空发动机型号研制和大飞机首飞,并转让给中航工业集团定点精密铸造公司,满足了国家重大工程需求。
  研究团队已建成上海市高温材料及其精密成形重点实验室,形成了完善的科研体系和成熟的技术体系,成为国内唯一能够承接高温合金大型复杂薄壁铸件研制任务的高校科研单位。 

特征结构处(变截面结构)的凝固组织演变实时观察

某型航空发动机涡轮后机匣铸件

先进高温材料及其精密成形重点实验室精铸试验线一角

  镁合金密度比铝合金的小1/3,在航空航天、器械和高速交通工具等领域具有重要的应用前景。本成果针对商业镁合金强度低、韧性差和耐腐蚀性能弱等特点,将我国两种优势资源—镁和稀土相结合,研究清楚了镁和稀土的合金化原理;沿棱面和锥面高效强化析出相的结构和调控原则;形变织构随机化原理和调控原则;氧化膜致密化机制和腐蚀防护原则,创制了5种新型高性能镁合金、开发了10余种新型加工工艺和装备,研制了50余种关键重要部件。获国家技术发明二等奖、国家科技进步二等奖等。发表SCI论文308篇,已累计他引2469次。获得发明专利114项。培育和凝聚了三百余人的科研与工程化队伍,技术转移10余家企业。 

析出强化相γ′′ 和 β′

镁合金汽车发动缸体

航空座椅

  该技术项目团队深入研究大型锻件的微观组织演变机制及微观组织与性能关系的物理机制,利用多场耦合的计算机数值模拟技术,通过对大型锻件热处理工艺与装备的设计与优化,解决大型锻件热处理的技术与生产难题。通过材料研究和数值模拟等关键技术的突破,为大型锻件虚拟热处理奠定了基础。
  该技术成果已获得国家科技进步二等奖一项,教育部技术发明一等奖一项,开发4套软件,授权发明专利十余项,在Acta Materialia、Scripta Materialia、Materials Characterization等刊物发表学术论文20余篇。应用该技术使世界首台套AP1000核电大锻件一次热处理成功,达到国际先进水平;研制成功1000MW超超临界高压转子,打破国外垄断。 

超超临界高中压转子淬火过程数值模拟

核电大锻件淬火水槽虚拟设计

百万级发电机转子锻件研制成功

  针对国家重大战略迫切需求的轻质高性能金属基复合材料的复合制备和加工的难题,为了打破国际封锁,项目团队系统深入开展了复合设计、形变加工、界面调控及拟实研究,并指导工程化应用。通过研究实施,成功解决了SiCp/Al复合材料的复合制备和加工的难题,并创制了复合技术原型指导复合制备和形变加工出性能优异的航天关键航天构件,成功用于“嫦娥三号”探月卫星的遥测遥感系统/太阳能帆板和“玉兔号”月球车行走机构上的棘爪,为中国人在月球上留下第一行足迹做出了重要贡献。该成果获得2015年国家自然科学二等奖。 

上海交通大学开发的高性能SiCp/Al复合材料成功应用于嫦娥三号和月球车构件

  该技术项目团队开发出具有自主知识产权的超高纯铝提纯关键技术与装备,取得多项创新成果,获得上海市技术发明一等奖,发明了垂直定向凝固提纯过程中通过外场控制液固界面前沿边界层厚度,提高提纯效率的方法,解决了超高纯铝提纯中杂质排出效率低的难题;提出了控制溶质均匀分布,提高提纯效率的定向凝固控制方法,发明了控制平界面胞状晶生长的提纯方法与装置,在稳定提纯效率的基础上提高了提纯效率;发明了闭环温度自反馈自动控制系统,发明了成套超高纯铝提纯工艺与装备,实现超高纯铝制备零的突破。该成果共获国家授权专利10项,授权实用新型专利1项,软件登记1项,发表SCI论文13篇,成果在多个公司推广应用。该成果研究成功打破了国外对超高纯铝制备技术的垄断,在国内首次制备出了5N5和6N纯度的超高纯铝锭,成功替代了国外同类产品,取得了显著的经济效益和社会效益。 

高纯铝材可根据需求加工成各种件

高纯氧化铝 溅射靶材 超高纯铝生产装备及产品

  激光制造技术由于其能耗低、速度快、焊材消耗少、质量高等优点,在材料加工领域具有十分重要的地位和广阔的应用前景。针对高强钢三明治板高功率激光焊接制造开展研究,突破金属三明治板激光焊接制造的基础理论和关键技术,实现我国在轻质金属三明治板的制造方面的跨越式发展,为我国船舶、汽车、桥梁等工业等领域提供新型轻质结构,具有很大的工程实际应用价值。该成果从结构优化设计准则、激光焊接质量控制以及焊接制造变形控制三个方面,开展了高强钢三明治板激光焊接制造研究,建立激光焊接制造高强钢三明治板的新方法与新技术。该技术成果已经获得了教育部鉴定,达到国际先进水平。 

三明治板激光制造及力学性能测试

三明治板样件

材料学院主楼

材料学院楼群航拍

材料学院院士墙、学院历史及捐赠墙

材料学院校友与基金墙

材料学院办学成果展厅

  在未来,材料科学与工程学院要建设完善的创新人才培养体系,建设引领学术前沿和对接国家重大需求的科技创新体系,建设服务社会、文化传承的学院文化体系。全体材料人将团结起来,凝心聚力,攻坚克难,早日把材料学院建设成为具有中国特色的世界一流材料学院! 

  材料科学与工程学院主页:http://smse.sjtu.edu.cn/