增材制造与信息功能材料实验室

1. 研究所名称：增材制造与信息功能材料研究所

2. 研究所简介

    研究所主要向主要致力于解决军工装备功能材料（智能材料，红外夜视材料，高熵合金，非晶合金，高性能铝合金，二维半导体材料及器件）的设计，制造（智能成型，增材制造，控压精密成型，物理化学气相沉积成型）和应用（导弹制导，红外热成像，装备关键零件，柔性微纳电子材料和器件）。目前，研究所已承担包括2项国家973专项、12项国家自然科学基金在内的各类项目累计35余项。获得陕西省科技进步二等奖2项，在《Acta Materialia》等学术期刊上发表学术论文300余篇，获授权国家发明专利20余项，出版专著6部。

3. 研究所成员

4. 主要研究及应用领域

（1）低膨胀铝合金的SLM成形技术

    采用SLM技术制备出了低膨胀高弹性模量铝合金 (密度ρ<2.8 gcm^-3、弹性模量E≥90 GPa、比刚度E/ρ>32 GNm^-1g^-1、热导率λ≥135 Wm^-1K^-1、线热膨胀系数α≤18×10^-6 K^-1、热稳定性λ/α≥7.5)。在反射镜、电子封装等领域进行了产业化开发，已开发出近全致密组织的镜面尺寸为258 mm×165 mm的铝合金轻质反射镜样件。

（2）Ni-P非晶膜低膨胀铝合金反射镜的光学加工技术

    对Ni-P非晶膜低膨胀铝合金反射镜表面真空镀金属银高反射率膜，Ni-P非晶膜低膨胀铝合金轻质反射镜的尺寸精度为~3.2 μm，面形精度为6~8 nm，粗糙度0.4 nm，比目前使用的钛合金-玻璃烧结反射镜减重30%以上，镀银镜面反射率在0.45~0.66 μm波段R 96~98%，在0.55~1.1 μm波段R 97~98%，在8~11.5 μm波段R 95.5~98%。目前与相关企业进行了产业化开发，取得了较好的效果。

（3）凝固理论与技术

    针对金属相变过程中的形核理论、固/液界面能理论和共晶生长理论等系列理论模型开展研究。解决了国际上多年来一直无法准确判定熔体形核方式等难题；在经典共晶生长理论基础上，构建了考虑界面溶质扩散速率极限影响的非平衡凝固片状共晶和棒状共晶生长模型。相关研究成果发表在Acta Materialia、Metallurgical and Materials Transactions A、金属学报等学术期刊。

建立了新的固/液界面能模型：

构建了考虑界面溶质扩散速率极限影响的非平衡凝固片状共晶和棒状共晶生长模型：

（4）纳米晶化硫族红外玻璃的精密模压成型

    发明了大尺寸块体硫系玻璃的等温快淬技术，研究了多种高硬度宽透过的硫系玻璃，解决了玻璃成形过程的关键技术，实现了硫族红外玻璃的精密模压成型。相关研究成果发表在Scientific Reports、Infrared Physics and Technology等学术期刊。

（5）非晶与高熵合金

    形成非晶的热力学预测与成分设计、非晶/纳米晶软磁材料、低密度高比强度高熵合金、共晶高熵合金、轻质高比强度高熵合金。制备的非晶软磁合金综合性能优于传统硅钢片、坡莫合金和Nanoperm型纳米晶软磁合金，与Finemet型纳米晶软磁合金相当，具有良好的应用前景。研制了一种轻质、高强度的共晶耐火高熵合金；开发了低密度、高比强度的原位TiC/AlCoCrFeNi高熵合金。相关研究成果发表在Materials Letters、Journal of Materials Research、Vaccum等学术期刊。

（6）晶界工程仿真模拟

高熵合金晶界对宏观力学性能具有重要的影响，通过计算机分子动力学方法攻克了合金晶界与力学性能的相互关系。

（7）柔性微纳电子材料和器件

    采用新型TMDs二维材料为阻变层材料，开发研制了新型TMDs阻变存储器。在开关比、耐受性和保持时间等阻变特性优异的条件下，SET功耗和SET电压极低，达到了国际领先水平。突破了目前国际上SET功耗和SET电压不能同步降低的技术瓶颈。相关研究成果发表在Advanced Electronic Material、Journal of Alloys and Compounds、RSC Advances等学术期刊。

（8）大型高质量铝合金铸件控压成型关键技术及应用

   从复杂工业合金凝固组织形成与控制、铸造缺陷形成机理与控制方法、合金熔体结构调控等基本原理创新研究入手，开发出大型复杂薄壁轻合金结构件的真空充型与增压凝固精密铸造方法，实现了大型复杂薄壁结构件的精密成型和组织性能的精确控制。相关技术研究成果获得2021年国家科学技术进步二等奖。

（9）大尺寸金属增材制造微观组织演变及性能调控

在高性能金属材料成形与加工过程组织控制领域，针对高效率电弧增材制造一体化成形高强铝合金的制备、微观组织调控及力学性能优化等方面进行了深入研究。通过对电弧-金属交互作用下冶金、凝固、往复受热的全过程非平衡相变过程的系统分析，深入探讨了增材过程中非平衡凝固组织的演变规律与形成机理，实现了对晶粒形态的精准调控，并建立了凝固条件、微观组织和力学性能之间的响应关系。相关研究成果已在Additive Manufacturing、Journal of Materials Science & Technology、Materials Science & Engineering: A等期刊上发表，其中包括5篇发表于中科院最新分区一区Top期刊（影响因子>10）的论文，荣获2023年度JMST期刊杰出论文奖。