- 【2023-09-13】工業和信息化部辦公廳 國家知識產權局辦公室關于印發《知識產權助力產業創新發展行動方案（2023─2027年）》 的通知
空間特有的環境中，微重力是最重要的特征之一，在空間中利用微重力特性和無容器狀態進行材料加工以及成型原理的探索對新材料的研發具有重要意義。
無容器材料實驗柜仿若“太空抽屜”，我國天宮空間站部署的無容器材料實驗柜由中國科學院空間科學與應用研究中心研發，可實現樣品懸浮狀態下的加熱熔融、物性測量以及過冷凝固等步驟。本文以專利技術為出發點，梳理無容器合金材料實驗的核心技術，以期對無容器材料實驗技術發展提供參考。
偏晶合金又稱難混溶合金或不混溶合金，具有優異的潤滑、導電、導熱和磁性能，可用作自潤滑材料、超導材料、磁流體發電機材料和永磁體材料等。然而，常規鑄造技術難以制備性能優異的偏晶合金，而太空中的微重力環境則為偏晶合金的熔煉創造了良好的研究條件。
1990年，我國科研人員研究了正交電磁場參數對偏晶合金比重偏析的影響。2017年，西北工業大學提交的一件專利申請，可解決偏晶合金的偏析問題，同時克服現有微重力快速凝固技術中落管長度與合金液滴尺寸成反比的不足。2019年，北方民族大學提交的一件專利申請，使凝固的合金中元素偏析有明顯改善。2021年，西北工業大學的一件專利也取得了突破性的進展。
復相合金中極具代表性的NbSi合金（鈮硅合金）是下一代航空發動機熱端部件的候選材料之一，但NbSi合金的低室溫斷裂韌性限制了其工業化的應用，而微重力條件下的無容器技術則是一種新型的研究手段。
2008年，北京航空航天大學較早提交了一件相關專利申請。2012年，中航商用航空發動機有限責任公司提交的一件專利申請使得其斷裂韌性提高約一倍。2012年，哈爾濱工業大學提交的一件專利申請，可獲得低密度、高彈性模量、優異的高溫強度和抗氧化性的NbSi合金。西北工業大學教授王海鵬團隊長期從事靜電懸浮無容器技術研究，2022年提交的一件專利申請解決了NbSi合金在空間站靜電懸浮試驗中難以快速準確調節單色紅外發射率的問題。同年，王海鵬團隊成功開發了靜電懸浮觸發凝固方法。2023年，該團隊提交的一件專利申請實現了控制合金的相組成。同年，該團隊提交的一件專利申請，使得所得的復相合金硬度和斷裂韌性顯著提升。
非晶合金是優良的軟磁、催化、耐磨、耐腐蝕材料。采用微重力條件下的無容器技術，可以使樣品處于過冷狀態，快速固化形成非晶態金屬。
近15年以來，我國創新主體針對多種無容器技術制備非晶合金進行了探索和嘗試。2012年，北京科技大學采用霧化噴射沉積技術，實現了在液態技術霧化過程中過冷度的增大，以及噴射沉積時近似無容器凝固的極快冷卻，大大減少了異質形核的可能性。2015年，西北工業大學提交的一件專利申請可以使得凝固過程中獲得更大過冷度，實現形核率增大。2019年，西北工業大學采用落管無容器快速凝固制備方法，獲得并篩選具有優異性能的非晶微球。2020年，中國空間技術研究院以非晶合金絲材為原材料，利用脈沖電流作為非晶合金太空增材制造的熱源，從而保證了在微重力條件下太空增材制造非晶合金的穩定性。此外，我國創新主體還利用無容器技術制備出了新型的非晶材料。
值得一提的是，在無容器合金材料技術上，我國創新主體雖起步較晚，但后來居上，隨著我國無容器合金材料技術的不斷成熟，制備得到的合金材料有望獲得商業化應用，創新主體應做好高價值專利培育布局，為創新技術保駕護航。（國家知識產權局2022年專利分析普及推廣項目航空航天特種鋼材料專利分析研究課題組）
文章來源：中國知識產權網
