國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)：高性能碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件高質(zhì)高效加工技術(shù)與裝備

在航空、航天、交通等高端裝備制造領(lǐng)域，有“一克重就是一克金”的說法，材料越輕結(jié)構(gòu)工作效能越高。目前國(guó)際通用的碳纖維復(fù)合材料可以顯著提高裝備性能，但加工過程極易產(chǎn)生損傷，制約其廣泛應(yīng)用。2017年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)授予大連理工大學(xué)賈振元團(tuán)隊(duì)，表彰其發(fā)明的“高性能碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件高質(zhì)高效加工技術(shù)與裝備”解決了碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件高質(zhì)高效加工難題，將我國(guó)碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件加工技術(shù)水平推進(jìn)到國(guó)際前沿。

航空、航天、交通等領(lǐng)域高端裝備是國(guó)家制造水平和綜合實(shí)力的集中體現(xiàn)，碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料（以下簡(jiǎn)稱碳纖維復(fù)合材料）可以為高端裝備減重增效，具有非同尋常的戰(zhàn)略意義。然而這種材料是典型的難加工材料，加工過程中極易產(chǎn)生毛刺、撕裂、分層等加工損傷，難以滿足碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件的高性能要求，制約了這種高性能材料的推廣應(yīng)用，限制了裝備性能的提升。

項(xiàng)目第一完成人 大連理工大學(xué) 教授 賈振元：那么研究它（復(fù)合材料）加工過程中，它的損傷到底是怎么產(chǎn)生的，把去除的機(jī)理搞清楚，把損傷的機(jī)制搞清楚，那么有了這個(gè)以后，來開發(fā)我們的加工工具，再開發(fā)我們的加工工藝，再開發(fā)我們的裝備，那么整個(gè)按照這套方式，應(yīng)該說，我們有一個(gè)比較源頭創(chuàng)新的這樣一個(gè)特點(diǎn)。

首先，賈振元團(tuán)隊(duì)揭示了碳纖維復(fù)合材料加工去除機(jī)理和加工損傷產(chǎn)生機(jī)制，提出了針對(duì)碳纖維復(fù)合材料加工的切削理論體系，實(shí)現(xiàn)了切削理論的源頭創(chuàng)新。提出了“微元去除”和“反向剪切”加工損傷抑制原理，研制出三類9個(gè)系列制孔、銑削等系列加工工具。完全擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新工具，使碳纖維復(fù)合材料加工損傷由厘米量級(jí)減至0.1毫米以內(nèi)，加工理論與技術(shù)進(jìn)入國(guó)際領(lǐng)先水平。刀具壽命為進(jìn)口產(chǎn)品的2-7倍，價(jià)格則降至1/6-1/4。 “微元去除” “反向剪切”等系列技術(shù)獲多項(xiàng)發(fā)明專利。

項(xiàng)目第一完成人 大連理工大學(xué) 教授 賈振元：很好的解決了一些基礎(chǔ)的理論問題，我們的損傷是可以預(yù)測(cè)的，那么低損傷在可以預(yù)測(cè)這個(gè)理論指導(dǎo)下，開發(fā)的工具和工藝就實(shí)現(xiàn)了低損傷加工。通過這些辦法，能夠保證關(guān)鍵部件的性能，提高復(fù)合材料在航空、航天、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域的推廣應(yīng)用，提高它的裝備的性能，那是非常有意義的。

 經(jīng)過10多年攻關(guān)，團(tuán)隊(duì)研發(fā)出13臺(tái)套高性能碳纖維復(fù)合材料數(shù)控加工工藝裝備，成為我國(guó)航空航天多個(gè)重點(diǎn)型號(hào)關(guān)鍵復(fù)合材料構(gòu)件加工的唯一裝備，實(shí)現(xiàn)了從無(wú)法加工或手工加工到低損傷數(shù)字化加工的跨越。成果已在航天一院、航天三院、中航工業(yè)、中國(guó)商飛等企業(yè)應(yīng)用，突破了某新型航天裝備艙段、某飛行器筒段、某系列直升機(jī)旋翼、某重型飛機(jī)調(diào)節(jié)板、大型客機(jī)機(jī)身筒段試驗(yàn)件、高鐵車身試驗(yàn)件等關(guān)鍵復(fù)合材料構(gòu)件高質(zhì)高效加工難題，打破國(guó)外封鎖。
　　項(xiàng)目第五完成人 航天材料及工藝研究所 研究員 李蘭柱：在復(fù)合材料這種部段，在它的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)里頭，無(wú)損探傷是重要的一個(gè)指標(biāo)。無(wú)論從航空和航天領(lǐng)域來說，復(fù)合材料的用量現(xiàn)在是一個(gè)航天裝備的重要的一個(gè)標(biāo)志性，屬于衡量它先進(jìn)性的重要指標(biāo)之一。
　　項(xiàng)目第一完成人 大連理工大學(xué) 教授 賈振元：波音787，它（復(fù)合材料）的用量已經(jīng)達(dá)到了50%。空客的A350，它（復(fù)合材料）的用量達(dá)到了52%。我們的ARJ21飛機(jī)，它用量現(xiàn)在是2%，下一步也要提高。我們的C919，大致的數(shù)量，設(shè)計(jì)的復(fù)合材料用量達(dá)到23%，所以這樣的用量，對(duì)我們的加工的技術(shù)，提出了非常高的要求。

　“一克重就是一克金”，從某種意義上說，航天裝備的競(jìng)爭(zhēng)就是材料的競(jìng)爭(zhēng)、制造能力的競(jìng)爭(zhēng)。隨著新材料的更替，賈振元團(tuán)隊(duì)開創(chuàng)的復(fù)合材料加工理論體系仍將繼續(xù)適應(yīng)新的課題和挑戰(zhàn)。
　　項(xiàng)目第一完成人 大連理工大學(xué) 教授 賈振元：一代材料一代裝備，那么一代材料就需要一代加工工藝，那么我們搞加工的人第一要緊跟裝備的性能的需求，第二緊跟材料的發(fā)展，隨著新的材料的出現(xiàn)，我相信通過我們科技人員，企業(yè)界的共同努力，我們的目標(biāo)還是明確的，有需求我們要去做。