成果一：厚板超窄间隙旋转电弧焊接技术及成套装备
一、所属领域：高端装备、新能源新材料
二、先进性：达到国际先进水平
三、成熟度：可以量产
四、项目简介：
厚板焊接作为我国核电、船舶、石化等领域重大装备的关键制造技术，对低热输入、高效率、高质量的新型焊接方法升级需求极其迫切。窄间隙焊接技术因采用窄且深的坡口，在厚板焊接时具有效率高、填充量少、热输入小、变形小等优势，在提高焊接效率和焊接质量等方面具有重要应用前景。目前，该类技术在国外核电、船舶等行业广泛应用，技术较为成熟。而我国窄间隙焊接技术研究起步较晚，在大厚板核心焊接设备、工艺及材料均受制于人，尤其针对我国国防重点企业，存在“卡脖子”风险。高端焊接装备依赖于进口，价格高昂。国外主要生产厂家包括法国宝利苏迪、日本日立公司、美国电弧机器等，国内生产厂家华恒、唐山开元等依赖于国外企业的专利授权。国际和国内现有技术一般采用钨极摆动、陶瓷片约束、横向交变磁场等控制电弧周期性地在两侧壁之间燃烧，存在装置复杂、母材被磁化或间隙较大等缺点。为解决窄间隙焊接侧壁熔合的难题，课题组另辟蹊径，创新性地提出了一种具有完全自主知识产权的“厚板超窄间隙旋转电弧焊接技术及成套装备”新技术。该技术突破了现有窄间隙钨极氩弧焊接（NG-GTAW，narrow-gap gas tungsten arcwelding）工艺的局限性，已实现壁厚 50 mm 超窄间隙焊接，能够更为可靠、简便地解决侧壁未熔合缺陷问题。相对于国内外的现有技术，该技术形成的旋转电弧能够有效改善电弧热量及压力的均匀性，在保证熔敷金属质量均匀的同时避免熔深过大，具备高质量、高效率的突出优势，达到国际先进水平，已在国防、核电、QT 等工业领域推广应用。同时，研究团队自主设计研发了面向核电、石化、船舶等装备的大厚板非轴对称旋转钨极超窄间隙 GTAW 成套装备（图 1），可实现板厚超过 150 mm、窄间隙 5 mm~9 mm 的厚壁材料高质量自动化焊接。
图 1 大厚板非轴对称旋转钨极超窄间隙 GTAW 成套装备
该设备特别适用于厚壁不锈钢焊接、钛合金、980高强钢、9Ni钢等特种材 料，在核电、军工、石化等领域具有广泛的应用前景。目前处于国际先进水平的宝利苏迪公司生产的单套设备售价高达 380 万元，国产设备售价也达到150~200万元水平。而自主设计研发的设备单套成本仅约 30 万元，能够产生巨大的经济效益。
成果二：高性能多功能聚四氟乙烯微孔材料的绿色制造
一、所属领域：新能源新材料、绿色化工
二、先进性：达到国际领先水平
三、成熟度：通过小试
四、项目简介：
具有微纳多孔结构的聚四氟乙烯（PTFE）微孔材料在高效过滤、防水透声、高端织物、医疗器械等国民经济战略新兴产业的关键材料。由于 PTFE 材料极难加工，近五十年来，只有美国 Gore 公司开发的拉伸法实现了 PTFE 微孔产品的大规模商品化生产，产值高达百亿。但是，拉伸法存在的一些顽固问题仍然没有得到解决，如产品均匀性、产品孔径与孔隙率的。本成果颠覆传统拉伸法，创造性地提出了基于剪切诱导原位成纤工艺，巧妙地解决了存在半个多世纪的问题，可制备具有高孔隙率、小孔径、高强度的高性能 PTFE 微孔材料，并且可根据生产需求灵活调整产品宏观性状与微观结构，仅通过简单的工艺参数调整，即可实现具有不同微观结构的平板膜、纤维、中空纤维膜、微孔泡沫等批量化生产。与拉伸法相比，本成果工艺灵活、设备简单、能耗显著降低、无环境污染，具有良好的产业化潜力。此外，本成果提供了一种具有普适性的 PTFE 微孔材料改性方法，可以通过先进的复合工艺实现具有高导电、高导热等功能化PTFE 材料，有效填补市场空白。围绕本成果，已发表多篇国际论文、申请四项国家发明专利、两项海外专利，在油水/固液分离、先进织物等领域具有良好应用前景，相关产品已成功验证并得到多方行业内专家认可。
成果三：微纳 Al-TCB 晶种合金及其对铝合金的强韧化与耐热化关键技术
一、所属领域：新能源新材料
二、先进性：达到国际领先水平
三、成熟度：可以量产
四、项目简介：
高强及超高强铝合金，是支撑我国航空航天、国防军工、交通运输和 5G 通 讯等领域轻量化发展的基石，但其塑韧性和疲劳性能常常较差。晶粒细化可显著改善上述性能，但传统细化剂 AlTiB 或 AlTiC 易与合金中 Zr、Si 等强化元素反应，使晶粒细化失效即“中毒”，使铝制品出现雪花斑、羽毛晶、浮游晶等粗大晶粒，导致成分和组织不均匀、缩松、缩气孔、热裂等铸造缺陷；还增加了铸坯的各向异性，导致变形能力差，后续加工和综合性能提升遇瓶颈。此外，还会带来过滤器堵塞、铝挤压材黑线、铝箔材穿孔等系列问题。
针对以上行业难题，本团队以新思路、新原理、新工艺、新材料克服关键共性技术难题，发明并研制了 Al-TCB 晶种合金（含有高数量密度、高弥散性、高形核活性的 TCB 微纳粒子的母合金）。晶种合金及其制备工艺，是基于液态结构研究的原创性成果，拥有自主知识产权，材料及其应用技术属于国内外首创。用 Al-TCB 晶种合金对含 Si/Zr 铝合金进行细化处理时，可以获得细小均匀等轴晶组织，显著提高制品组织致密性、加工性能和力学性能，是破解 Si 或 Zr
致细化“中毒”的“利器”；还能显著提升铝制品的内在质量，消除内部缩松、热裂、雪花斑、羽毛状晶等铸造缺陷；不仅能实现基体晶粒超细化，而且可调控耐热相构型，显著提升铝合金的高温性能，是设计和研制耐热高强铝合金的关键技术之一。现已在国内 100 多家高端铝加工企业获推广应用，并出口美国、土耳其、巴林、韩国、墨西哥及印尼等国家。相关技术授权中国发明专利 12 项，美国专利1 项，注册商标权 2 件，获山东省技术发明一等奖 1 项，制定国家团体标准 1 项。Al-TCB 晶种合金及其应用关键技术对于拓展铝合金多相熔体结构调控原理、异质形核新机制，促进晶种细化原理和晶种应用技术发展，具有重要的学术价值和指导意义。对于破解细化“中毒”、力学性能不达标及加工成型困难等技术瓶颈具有重要的工程应用意义。对于促进高端装备领域用高强韧铝合金技术进步，加快铝产业转型升级和高端制造业轻量化发展，具有重要的战略引领价值。
成果四：多波段兼容电磁波吸收材料及其应用
一、所属领域：新能源新材料
二、先进性：达到国际先进水平
三、成熟度：可以量产
四、项目简介：
无线通信技术的快速发展，有效提高了智能手机、计算机、通讯设备、无人 、驾驶汽车等终端信号的传输速率、传输密度和传输质量，实现通信的广域覆盖、 高容量、低时延、高可靠和低功耗。然而 5G 通信高频段（高于 30 GHz）的应用以及由此带来的硬件升级、联网设备和天线数量的成倍增长，导致通信设备之间、器件之间的电磁干扰和电磁辐射日趋严重。高性能多波段兼容吸波材料是解决高频率、高功率电子产品电磁辐射和干扰、电磁兼容以及信号保真的有效手段。另外，天基、空基、地基等多波段雷达侦察系统对武器装备战场上的生存和突防构成严重威胁。因此，为满足各类电子产品在电磁屏蔽和电磁兼容等方面需求，同时基于军用装备雷达隐身的迫切要求，高性能多波段电磁波吸收材料成为了新材料领域的研究热点。
研究团队长期从事电磁功能新材料的设计、制备及新性能研究，有着丰富的研究经验和扎实的科研基础。近几年，先后承担国家重点研发计划、国家自然科学基金、国防基础加强计划重点项目（原军工 973 计划）、国家国防重大工程专项､国防基础科研计划、军工预研､山东省重大创新工程专项以及“小米”横向课题等科研项目 50 余项，总经费超过 3000 万元。研制出了数十种轻质、强吸收效能、宽频段的电磁波电磁屏蔽/吸波复合材料（如图 1 所示）。在应用研究方面，多项发明专利已转让到企业，通过“产、学、研”合作，建成了吸波材料生产线，开发了一系列高性能屏蔽/吸波产品：屏蔽/吸波涂料、屏蔽/吸波织物、吸波贴片、吸波泡棉、轻质隐身结构、防弹隐身结构等（如图2所示）。生产的吸波材料在国内已替代美国 3M、Laird、日本 NEC 等公司的进口产品，应用于华为、小米手机和基站以及笔记本电脑（华硕、联想等）等电子设备中；在军用领域，研制的隐身材料已成功应用于国防军工多个型号装备，其中某型号装备参与了2019年国庆70周年阅兵。
图 1 轻质、强吸收、多波段电磁波吸收复合材料
图 2 研发的相关吸波产品及应用实例
成果五：苯基硅橡胶高纯环体及生胶制备工艺
一、所属领域：新能源新材料
二、先进性：达到国际先进水平
三、成熟度：可以量产
四、项目简介：
苯基硅橡胶是二甲基硅氧烷与二苯基硅氧烷或甲基苯基硅氧烷共聚的一类特种硅橡胶，是制备高阻尼、耐高温、耐辐照、耐烧蚀等硅橡胶材料的关键原料，在国防、航空航天、运输、核电、电子电气、新能源等重要领域具有不可替代的应用。长期以来我国的苯基硅橡胶生胶被国外禁运，相关产品依赖进口，不能自主保障。山东大学自2010年起在国家重点项目等支持下，开展了苯基硅橡胶单体制备和生胶聚合工艺的研究，攻克了高纯度甲基苯基环体的制备、共聚合工艺与设备、生胶结构表征技术等关键工艺，实现了苯基硅橡胶的工程化制备工艺，形成了不同苯基含量和分子量的系列化生胶产品，获批两项发明专利，并主持制定了一项国家标准。相关产品在多型国家重点装备中成功应用，解决了卡脖子问题，实现了自主保障。其中山东大学制备的苯基生胶用于载人航天和货运飞船的舱门密封产品中，获得了航天部门的表彰。与沈阳橡胶院合作，将苯基硅橡胶用于山东新建核电站的耐辐照密封，完全满足了设计要求。2019年，山东大学与山东特龙谱新材料有限公司签约完成了苯基硅橡胶单体和生胶制备技术的成果转移，合同金额1千万元，企业投资约两亿元建设占地150亩的产业化项目，并在此项目的基础上引进了省内第一个外籍院士。
