6． 結(jié)構(gòu)材料制備加工與評(píng)價(jià)新技術(shù)

6．1 金剛石超硬復(fù)合材料制品增材制造技術(shù)與應(yīng)用示范（典型應(yīng)用示范）

研究?jī)?nèi)容：圍繞深海／深井勘探與頁(yè)巖氣開采、高端芯片制造等國(guó)家重大工程對(duì)長(zhǎng)壽命、高速、高精度超硬材料制品的需求，開展高性能金剛石刀具、磨具和鉆具等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和增材制造技術(shù)研究，結(jié)合新型金剛石超硬復(fù)合材料工具宏觀外形和微觀異質(zhì)結(jié)構(gòu)的理論設(shè)計(jì)和數(shù)值模擬，重點(diǎn)突破增材制造用超硬復(fù)合材料金屬粉體關(guān)鍵制備技術(shù)和含超硬顆粒的多材料增材制造關(guān)鍵技術(shù)，完成典型工況條件下服役性能的評(píng)價(jià)。

技術(shù)指標(biāo)：切／磨削類制品在典型工況條件下磨耗比降低70％以上，耐熱性達(dá)到800℃以上，使用壽命是現(xiàn)有加工材料的2 倍以上；鉆具類制品抗彎強(qiáng)度2000MPa，沖擊韌性≥4J／cm2，努氏硬度（壓痕）達(dá)到50GPa，使用壽命達(dá)到Y(jié)G15（WC－15Co） 類硬質(zhì)合金的5 倍以上；形成年產(chǎn)百萬(wàn)件的工業(yè)化生產(chǎn)能力，實(shí)現(xiàn)2～3 種產(chǎn)品的規(guī)模應(yīng)用。

7．6 增材制造專用高性能高溫合金集成設(shè)計(jì)與制備（基礎(chǔ)研究）

研究?jī)?nèi)容：針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)、高超聲速飛行器、重載火箭等國(guó)家大型工程等所需高溫合金精密構(gòu)件服役特點(diǎn)和增材制造物理冶金特點(diǎn)，融合多層次跨尺度計(jì)算方法、并行算法和數(shù)據(jù)傳遞技術(shù)，發(fā)展增材制造專用高性能高溫合金的高效計(jì)算設(shè)計(jì)方法與增材制造全流程模擬仿真技術(shù)，結(jié)合高通量制備技術(shù)和快速表征技術(shù)，建立增材制造專用高性能高溫合金的材料基因工程專用數(shù)據(jù)庫(kù)；結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、可視化模擬等技術(shù)，開展增材制造專用高溫合金高效設(shè)計(jì)與全流程工藝優(yōu)化的研究工作，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)高溫合金高端精密構(gòu)件的組織與尺寸精密化控制，并在航空航天等領(lǐng)域得到工程示范應(yīng)用。

考核指標(biāo)：針對(duì)國(guó)家大型工程等所需高溫合金精密構(gòu)件特點(diǎn)，研制出3～5 種增材制造專用高溫合金，研發(fā)周期縮減40％以上、研發(fā)成本降低40％以上；發(fā)展高端增材制造裝備和工藝配套的高溫合金材料和技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化規(guī)模應(yīng)用，綜合性能平均提升20％以上，產(chǎn)品成本降低30％以上，核心性能指標(biāo)、批次穩(wěn)定性達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平；申請(qǐng)發(fā)明專利或軟件著作權(quán)10 件以上。

8．5 基于激光增材制造技術(shù)的超輕型碳化硅復(fù)合材料光學(xué)部件制造

研究?jī)?nèi)容：面向空間光學(xué)系統(tǒng)輕量化的發(fā)展需求，研究新型超輕型碳化硅復(fù)合材料光學(xué)部件預(yù)制體激光增材制造用粉體原料的設(shè)計(jì)與高效制備技術(shù)；開發(fā)基于激光增材制造技術(shù)的碳化硅復(fù)合材料光學(xué)部件基體成型與致密化技術(shù)；開發(fā)基于激光增材制造技術(shù)的碳化硅復(fù)合材料光學(xué)部件表面致密層制備技術(shù)；開展超輕型碳化硅復(fù)合材料光學(xué)部件的加工驗(yàn)證研究。

考核指標(biāo)：碳化硅復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度≥200MPa，彈性模量≥200GPa，熱導(dǎo)率≥100W／（m·K），熱膨脹系數(shù)≤3×10－6／K；碳化硅復(fù)合材料光學(xué)部件口徑≥350mm，輕量化率≥80％，面密度≤25kg／m2；研制出350mm 以上口徑碳化硅復(fù)合材料光學(xué)部件， 表面粗糙度Ra≤1nm ， 面形精度RMS≤λ／40（λ＝632．8nm），500－800nm 波段平均反射率≥96％。

8．8 增材制造先進(jìn)金屬材料的實(shí)時(shí)表征技術(shù)及應(yīng)用

研究?jī)?nèi)容：研發(fā)基于同步輻射光源的原位表征技術(shù)與裝備，動(dòng)態(tài)捕捉增材制造過(guò)程中高溫下微秒級(jí)時(shí)間尺度和微米級(jí)局域空間內(nèi)的相變和開裂；通過(guò)高通量的樣品設(shè)計(jì)和多參量綜合表征手段，揭示動(dòng)態(tài)非平衡制備過(guò)程中材料組織結(jié)構(gòu)的演化和交互作用規(guī)律。面向典型高性能結(jié)構(gòu)材料，揭示增材制造快速熔化凝固超常冶金過(guò)程對(duì)穩(wěn)定相、材料組織結(jié)構(gòu)和最終性能產(chǎn)生影響的因素，快速建立材料成分－工藝－結(jié)構(gòu)－性能間量化關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)；結(jié)合材料信息學(xué)方法，發(fā)展增材制造工藝和材料性能高效優(yōu)化軟件，在典型增材制造材料的設(shè)計(jì)與優(yōu)化中得到應(yīng)用。

考核指標(biāo)：發(fā)展基于同步輻射光源的增材制造原位表征技術(shù)與裝備，在多個(gè)尺度上實(shí)時(shí)追蹤增材制造過(guò)程中材料組織演變、裂紋生長(zhǎng)和化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)表征區(qū)域＞200μm，空間分辨率≤10μm，時(shí)間分辨率≤5μs，表征通量＞103 樣品空間成份點(diǎn)的原位無(wú)損分析；構(gòu)建高溫合金、不銹鋼、鈦合金、鋁鎂合金等高性能結(jié)構(gòu)材料成分－工藝－結(jié)構(gòu)－性能數(shù)據(jù)庫(kù)，開發(fā)增材制造工藝優(yōu)化專用軟件，應(yīng)用于三種增材制造材料的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。申請(qǐng)發(fā)明專利3～5 項(xiàng)，軟件著作權(quán)2～3 項(xiàng)。

“高端功能與智能材料”重點(diǎn)專項(xiàng)2021年度項(xiàng)目申報(bào)指南建議（征求意見稿），其中有2個(gè)項(xiàng)目涉及到了增材制造（3D打印）相關(guān)技術(shù)，南極熊進(jìn)行了提取如下：

2．2 骨組織精準(zhǔn)適配功能材料及關(guān)鍵技術(shù)（共性關(guān)鍵技術(shù)）

研究?jī)?nèi)容：面向因骨質(zhì)疏松、骨腫瘤、感染等導(dǎo)致的人體骨組織缺損疾病治療的需求，研發(fā)對(duì)骨組織功能重建具有生物適配功能的高端再生修復(fù)材料，開發(fā)融合生物材料、醫(yī)學(xué)影像、計(jì)算機(jī)模擬、增材制造、人工智能的先進(jìn)骨組織修復(fù)與再生成套技術(shù)，發(fā)展外場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的非侵入性材料，促進(jìn)無(wú)生命材料向具有健全功能組織的轉(zhuǎn)化。

考核指標(biāo)：獲得3～5 種基于類骨無(wú)機(jī)粉體的新材料，闡明材料和組織相互作用機(jī)制及細(xì)胞信號(hào)通路；研發(fā)4～6 種外場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的新材料；突破大尺寸類骨無(wú)機(jī)材料3D 打印關(guān)鍵技術(shù)，骨修復(fù)體連通氣孔率大于50％，孔徑在100 μm－600 μm之間可控調(diào)節(jié)，壓縮強(qiáng)度大于40 MPa，實(shí)現(xiàn)大尺寸骨缺損的再生修復(fù)；建立術(shù)前組織三維重建與手術(shù)模型制備、術(shù)中手術(shù)定位導(dǎo)板與精準(zhǔn)修復(fù)再生修復(fù)材料構(gòu)建、術(shù)后康復(fù)材料設(shè)計(jì)的圍手術(shù)期骨精準(zhǔn)再生修復(fù)成套技術(shù)；完成骨再生精準(zhǔn)修復(fù)材料的臨床前研究，開展臨床試驗(yàn)20 例以上。

4．4 聲學(xué)超構(gòu)材料及集成器件（共性關(guān)鍵技術(shù)）

研究?jī)?nèi)容：面向高端技術(shù)裝備振動(dòng)與噪聲控制的重大需求，開發(fā)聲學(xué)超材料設(shè)計(jì)技術(shù)，發(fā)展基于3D 打印等先進(jìn)制造手段的聲學(xué)超材料制備方法，研發(fā)具備寬帶、低頻、全向等優(yōu)異吸聲、隔聲特性的聲結(jié)構(gòu)功能材料和基于拓?fù)渎晫W(xué)的全固態(tài)集成聲學(xué)器件，實(shí)現(xiàn)基于超材料的低頻聲波定向傳輸；開發(fā)有效提高超聲穿透性能并實(shí)現(xiàn)高分辨顱腦超聲成像的雙負(fù)參數(shù)聲學(xué)超材料。
考核指標(biāo)：聲學(xué)超構(gòu)材料的工作頻帶范圍20～800 Hz，厚度≤30 mm，其中吸聲超材料實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)帶寬內(nèi)吸聲系數(shù)≥0．85、平均值≥0．95，隔聲超材料實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)帶寬內(nèi)插入損失≥20 dB、平均值≥30 dB。中頻超構(gòu)聲學(xué)器件的工作頻率≥100MHz，室溫品質(zhì)因子Q≥104，高頻超構(gòu)器件的工作頻率≥3GHz，室溫品質(zhì)因子Q≥5×103，濾波器帶寬的可設(shè)計(jì)范圍優(yōu)于0～3％，帶外抑制≥40 dB，插入損耗≤5 dB。