单智伟教授团队攻克硅热法工业化量产高品质原镁难题

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9月29日，西安交通大学单智伟教授团队承担的“1000吨/年3N5A级高品质镁示范线建设”项目顺利通过验收，以中国科学院金属研究所杨院生教授领衔的专家组一致认为，该项目技术水平达到国际领先，并建议加快技术的推广应用。
       镁作为最轻的结构材料、极佳的医用生物植入材料，国家战略材料钛、锆、铪等的还原剂以及极富前景的储氢/能材料，有着非常好的发展前景。目前世界上95%的原镁是通过硅热法生产的，而中国的原镁产量占据世界总产量的80%以上，陕西的原镁产量占全国的60%左右。硅热法的广泛应用得益于其冶炼技术门槛相对较低、原料丰富易取。但长期以来，人们都认为硅热法因其自身的固有属性，无法规模化产出性价比能为市场接受的高品质原镁，而市场上杂质含量多、波动大的原镁长期占据主导地位这一现象，似乎也佐证了这个观点。这一方面对硅热法的未来发展投下了阴影，另一方面也使得下游的镁合金深受其害，因为早在1942年，就有研究明确指出，镁及其合金极好的耐蚀性常因其对杂质及其组合的极度敏感性而被掩盖。因此，解决原镁的品质问题就成为镁产业健康发展的当务之急和必要前提。

       经过对硅热法原理的深入分析和长期探索，单智伟教授团队发明了“含杂气化、梯度冷凝、吸附过滤、净密结晶”技术路线，首先在实验室环境内证明可以通过硅热法直接生产出纯度高达99.995%的高纯镁，证明了低品质镁并非硅热法的本征属性。然后通过模式创新（政府出经费，科研团队和企业工程师协同攻关），破解了校企合作中的互信难题。经过400多天的奋战，单智伟教授团队进一步发明了“阻热梯凝，温压双控”技术，并利用合作企业现有的横罐装备建成了国内首条1000吨/年3N5A级高品质镁示范线，实现了3N5A级高品质镁的工业化连续、稳定生产。尤其值得指出的是，试验期内，试验线的单炉累计产量甚至略高于对比炉的产量，而吨镁的成本仅仅略有增加。上述技术的大面积推广，预期将从总体上提升整个镁产业链的品质，经济和社会效益非常显著。
       府谷县委书记田小宁全程参加项目结题验收会，并在总结发言中指出，本项目的成功，为全县金属镁产业升级发展打下了良好基础。府谷县要全力扛起镁产业发展大旗，不断探索新模式，巩固新成果，坚定不移地走好产业升级转型的道路，有效运用政、产、学、研、用交叉融合优势，做大、做精、做强金属镁产业，创造出镁产业发展的“府谷模式”。合作企业董事长刘旭峰总结说，该项目是“政、产、学、研、用联动，在府谷镁行业首开胜利之花，感谢县委政府的大力做为、引导和支持，感谢交大单教授团队的技术赋能！”府谷县政府相关部门、府谷县金属镁26家冶炼企业代表等共计60余人参加会议。县委常委、副县长白艳霞主持结题验收会。
       九层高台，起于垒土，任何科学技术上的突破，都不是一蹴而就的。而一项技术要从实验室的可能性验证走向工业示范性落地，更是要经过长达数年的技术沉淀和数代团队成员的接力传承。该项目的实施主体是陕西省镁基新材料工程研究中心，自2015年11月由陕西省发展与改革委员会正式批复成立之初，就将中心的目标锁定为：立足陕西，通过工业化和信息化相结合，颠覆性地革新现有原镁生产工艺，给下游产品的研发和生产提供优质、稳定的原材料，同时积极推进高附加值镁产品的研发和应用，开创陕西镁业新局面；面向全国，通过政产学研用的合力，帮助我国金属镁产业链做到“有标准、有体系、有联盟、有法制”，打造中国镁业的精品产业链条，包括材料和装备。
        研究团队在工程技术应用方面取得的成绩，离不开一系列系统、深入的基础研究和技术攻关的支撑。2014年，团队在单晶镁中发现了金属的第三种室温变形机制（《自然·通讯》2014），并荣获美国TMS学会镁分会年度“最佳基础研究论文奖”，进而发现了一种判断镁合金强塑性的简单判据。2018年，研究团队发明了一种绿色、低成本镁合金涂层新技术（《自然·通讯》 2018），并获得国家发明专利授权。2019年，研究团队首次实验证明锥面位错是镁中有效的塑性载体，并指出通过促进锥面位错滑移可以有效提高镁的塑性（《科学》 2019）。
       上述科研成果被陕西日报报道。报道链接：https://esb.sxdaily.com.cn/pc/co ... content_794722.html


       文章来源：西安交通大学
        单智伟，西安交通大学教授。1996年毕业于吉林大学材料与科学工程专业；1999年在中国科学院金属研究所获硕士学位；2001年赴美就读于美国匹兹堡大学机械工程系并于2005年获博士学位。2005 -2006年在位于美国劳伦兹国家实验室的美国国家电镜中心从事博士后研究工作。2006年加盟世界著名的纳米力学设备制造公司-Hysitron，并先后受聘为资深研究员、真空部门经理和Hysitron公司应用研究中心主任。2008年开始与西安交通大学开展合作，2010年正式加入西安交通大学。教育部“长江学者”特聘教授，国家杰出青年基金获得者，百千万人才工程入选者，亚太材料科学院院士。现任西安交通大学材料科学与工程学院院长。2010年正式全职回国后，先后筹建创立“微纳尺度材料行为研究中心”，“Hysitron中国应用研究中心”及“西安交大-日立研究中心”等三个国际化研究中心和一个省级中心，即“陕西省镁基新材料工程中心”。学术任职包括国务院学位委员会第七届学科评议组（材料科学与工程组）成员，教育部高等学校材料类专业教学指导委员会委员，《中国材料进展》杂志副主编，2018美国材料学会期刊（MRS Bulletin）和《材料科学技术（英文版）》第五届编委会委员，中国电镜学会常务理事及聚焦离子束专业委员会主任，第四届国家新材料产业发展战略咨询委员会战略委员。