基本情况

特种材料研究中心是金属基复合材料国家重点实验室的重要组成部分，与国际著名大学和大型企业建立八个联合实验室。主要从事新型特种材料的设计、制备及其成形技术研究，支撑了多项国家重大工程需求，在国防装备、航空航天和汽车轨交等多领域获得广泛应用。多年来承担国防重点攻关项目、重点研发计划、民机预研、民用航天预研、国家自然科学基金及国际合作项目等五十余项。

研究中心由王浩伟教授担任主任，研究团队包括教授5人，副教授6人，讲师/专职科研8人，以及多位博士后研究人员、实验支撑人员和研究生。

主要研究方向

（1）原位合成

研究原位自生陶瓷形核与生长规律、多相界面能交互作用机制，探索原位自生合成控制机理。攻克了原位自生微纳颗粒形态尺寸难控制、易团聚，复合材料熔体难净化等技术难题。通过元素掺杂形态尺寸调控技术、微纳颗粒自分散与悬浮技术、反应产物分离与熔体净化技术，实现了微纳颗粒的可控原位合成。研制的微纳颗粒增强铝基复合材料，保持了铝合金高塑性、易加工和陶瓷高强度、高模量、耐高温的特点，同时具备高阻尼、抗疲劳的特性。

原位自生纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料

（2）微观结构调控

采用跨尺度原位力学实验，结合中子衍射、同步辐射、高分辨EBSD-DIC等多种国际先进技术研究铝基复合材料的弹塑性变形行为和塑性加工过程中的微结构演变机理，探究铝基复合材料的增强增韧机制，发展先进复合材料的成分与组织结构设计理论及制备方法。致力于突破金属材料强度-塑性矛盾关系，实现铝基复合材料的强塑性设计与性能耦合。

材料微纳尺度原位力学测试

（3）液相成形

研究原位自生微纳颗粒的形态、尺寸及数量密度对液态金属流变性质的影响规律，建立了复合材料熔体充型过程中多场耦合下的凝固组织演变模型，开发了复合材料调压铸造技术、随形控冷铸造技术及相关装备，实现了复合材料大型复杂薄/厚壁件的高质量成形。通过大型铸锭半连续铸造专用技术、工艺与装备开发，解决了颗粒-成分复合偏析难题，实现了目前国际铝基复合材料锭坯单支重量最大20t铸锭的工业化制备。

Ø127mm圆铸锭         Ø660mm圆铸锭              扁铸锭

（4）塑性成形

研究铝基复合材料构件在挤压、锻造和轧制等塑性成形过程中热加工行为与损伤演化机制，采用大规格高性能关键承力构件的“形性一体化”制备技术，实现铝基复合材料棒材、型材、板材和大型锻件无缺陷、高质量成形。为我国航空领域重大型号装备提供关键材料支撑。

大飞机用陶铝航空型材(不同截面)           武装直升机桨毂夹板

（5）高温及表面改性

采用“陶瓷化/合金化〞耦合高温强化思路，結合材料基因工程的设计方法，开展耐热复合材料的材料体系/熔体处理/成形工艺/表面处理技术的全流程研究。关注复合材料在高温服役过程中微观组织与性能之间的关系，阐明多相组织高温强化机理及蠕变行为理论，通过表面处理技术提升材料的耐腐蚀性，实现轻质耐高温铝基复合材料研发与应用的一体化发展。

陶铝活塞

（6）增材制造

采用原位自生纳米颗粒实现“材料-增强增韧/工艺-增吸收〞的增材制造材料设计新思路，开发了系列增材制造用新材料。基于复合材料熔凝特性，针对性的开发了激光选区熔化、蓝激光粉末沉积及电弧熔丝增材制造技术。通过材料、装备和结构综合拓扑优化思路，建立了新型结构设计方法和打印工艺优化策略，成功地实现了航空发动机空心风扇叶片、大飞机舱门铰链臂等航空航天领域大型构件的高精度定制化制造，提升了高端装备的制造水平。

增材制造的拓扑元胞结构       点阵结构设计及试验数值分析

航空发动机风扇叶片              激光选区熔化3D打印机

科研成果

该研究中心在国内外学术刊物上发表学术研究论文近300篇，获授权中国国家发明专利140余项。先后获得教育部技术发明一等奖、上海市技术发明一等奖及中国有色金属工业技术发明一等奖。 

上海市技术发明一等奖证书

中国有色金属工业技术发明一等奖

团队联系人

夏存娟

xiacunjuan@sjtu.edu.cn