北京工业大学材料学院宋晓艳

kongjun555

宋晓艳，博士，北京工业大学教授、博士生导师，德国“洪堡学者”和洪堡基金再邀请学者(Reinvitation Program)，国家杰出青年科学基金获得者，教育部长江学者特聘教授。北京工业大学金属纳米材料与计算材料学学科方向负责人。曾先后入选北京科技新星、教育部新世纪优秀人才、北京市首批长城学者、北京市百千万人才工程、北京市高创计划领军人才、北京市有突出贡献人才等支持计划。兼任硬质材料领域国际权威期刊IJRMHM副主编，中国体视学会常务理事、学术委员会委员，中国微纳技术学会理事，中国材料研究学会计算材料学会理事，中国物理学会相图专业委员会委员、全国计算材料学科首席科学传播专家等。 教育背景
1992年毕业于河北工业大学，1998年毕业于北京科技大学获材料学博士学位。
1998-2000年于河北工业大学工作，任金属材料研究所副所长。
2000-2003年于德国TU-Darmstadt大学作“洪堡学者”和高级访问学者。
2003年8月被北京工业大学材料学院 / 新型功能材料教育部重点实验室聘为教授。
2005-2008年连续两次获德国“洪堡基金”资助，2010-2014年连续两次获德国研究联合会基金(DFG)资助。与美国犹他大学、圣地亚哥州立大学、英国国家实验室、德国耶拿大学、敏斯特大学、亚琛大学等长期开展国际合作研究。

研究方向为硬质合金、纳米稀土材料与计算材料学。带领研究团队承担了973、863、科技支撑计划、国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目、德国研究联合会基金(DFG)、北京市自然科学基金重点项目、北京重点产业关键技术攻关项目等30余项课题。主要研究成果获得省部级科技进步奖一等奖一项、省部级自然科学奖二等奖二项、省部级技术发明奖二等奖一项；申报国家发明专利60余项，已授权40余项；受邀合著国际专著1部；于Advanced Materials, ACS Nano, Angew, Acta Materialia等国际知名期刊发表SCI收录论文190余篇；在国际、国内学术会议上作特邀报告40余次。在学生培养方面，指导研究生获得北京市优秀博士学位论文、北京市优秀青年科技论文一等奖、国际和国内学术会议大会优秀论文奖18人次。利用建立的长期稳定的国际合作交流平台，促进青年教师和研究生迅速成长成才。


专利

1. 高性能超细晶WC-10wt.%Co硬质合金的制备方法，ZL200610089744.0

2. 一种简单快速的超细WC-Co复合粉的制备方法，200610165554.2

3. 晶态与非晶态结构及尺寸可调控的纳米纯钐的制备方法，ZL200510105686.1

4. Sm-Co二元合金非晶块体材料的制备方法，200710177048.X

5. 高强度高韧性WC-10Co超细硬质合金的制备方法，200710303916.4

6. 超细结构的WC-Co金属陶瓷涂层的制备方法，200810114666.4

7. 单相Sm2Co17纳米晶块体材料的制备方法，200810114676.8

8. 一种铝纳米粉末的制备方法，200810114948.4

9. 一种单相Mn6N2.58粉末的制备方法，200810115717.5

10. 一种负热膨胀Mn3(Cu0.5Ge0.5)N块体材料的制备方法，200910082954.0

11. 一种纯相超细纳米晶CuO块体材料的制备方法，200910090733.8

12. 一种低成本高性能的WC-Co硬质合金的工业化制备方法，200910091185.0

13. 一种单相纳米晶Mn3(Cu0.5Ge0.5)N负热膨胀块体材料的制备方法，200910082954.0

14. 一种硬质合金回收及再生的方法, 200910093653.8

15. 一种超细及纳米WC-Co复合粉的团聚造粒方法，201010219344.3

16. 一种零膨胀超细纳米晶Mn3(Cu0.5Ge0.5)N块体材料的制备方法，201010285855.5

17. 一种无掺杂元素的单相SmCo7纳米晶合金块体材料的制备方法，201010515835.2

18. 致密、小晶粒尺寸纳米晶WC-Co硬质合金块体材料的制备方法，CN201110005358.X

19. 一种单相纳米晶Mn2N0.86块体材料的制备方法，201110022521.3

20. 一种超高矫顽力低Co型Sm-Co纳米晶合金的制备方法，201110053761.X

21. 一种富Sm单相Sm5Co2纳米晶合金块体材料的制备方法，201110145590.3

22. 一种兼具高强度和高韧性的双晶硬质合金的工业化制备方法，201110137639.0

23. 一种亚稳相LiC6合金的制备方法，201110280455.X

24. 硬质合金块体材料原位合成的工业化生产方法，201110421616.2

25. 一种回收废旧WC-Co硬质合金及再生的工业化方法，201210148978.3

26. 一种废旧硬质合金氧化的专用加热炉及托架，201320727835.8

27. 一种原生粉和再生粉混合的硬质合金粉合成制备方法，201210148991.9

28. 一种纳米晶富锂单相Li-Si化合物块体材料的制备方法，201210181183.2

29. 兼具高致密性和低脱碳的准纳米结构WC-Co涂层的制备方法，201210377727.2

30. 一种具有纳米结构的热喷涂喂料的制备方法，201210520161.4

31. 含晶粒长大抑制剂的超细晶硬质合金的回收再生方法，201310247164.X

32. 一种可调配比的复合晶粒长大抑制剂的制备方法，201310206683.1

33. 一种耐腐蚀的硬质合金及制备方法，201310125546.5

34. 一种高纯超细纳米晶镥块体材料的制备方法，201310206774.5

35. 一种分步掺杂提高Sm5Co19合金矫顽力的方法，201310287055.0

36. 一种硬质合金纳米粒径粉末与高性能烧结块体材料的制备方法, CN201410149139.2

37. 一种具有超高抗弯强度的WC-12Co硬质合金的工业化制备方法，CN201410053968.0

38. 一种液压传动构件表面防护涂层的制备方法，CN201410054349.3

39. 一种纳米晶Sm2Co17 /Co双相复合永磁合金的制备方法，201510128252.7

40. 一种具有WC晶粒特征晶面取向分布的硬质合金制备方法，201510043922.5

41. 一种分步烧结制备高致密度纳米晶硬质合金的方法，201410584430.2

42. 一种纯净单相三元碳化物Co3W3C的制备方法，201610096389.3

43. 一种纯净单相三元碳化物Co6W6C的制备方法，201510491451.4

44. 一种超细晶硬质合金晶粒细化及尺寸分布均匀化的方法，201610211663.7

45. 一种3D打印用细颗粒球形钛粉的制备方法，201510159503.8

46. 一种去除硬质合金表面Al2O3和TiCN复合涂层的方法，201510634839.5

47. 一种Sn-Si合金型纳米复合粉末的制备方法，201610097229.0

48. 一种耐磨耐腐蚀WC-CoCr涂层的制备方法，201611045550.0

49. 一种3D打印用细颗粒球形金属粉末的制备方法，201610832136.8

50. 室温水溶液制备三维双连续结构纳米多孔钨的方法，201710206247.2

51. 一种超细WC-Ni复合粉末的制备方法，201710277828.5

52. 一种Li21Si5/C复合材料、制备及应用，201710416712.5

53. 一种纳米W/WC复合粉末的工业化制备方法，201710453108.X

54. 一种淬火处理提高Sm5Co19基合金磁性能的制备方法，201711009205.6

55. 一种纯净纳米W-Cu复合粉末的低温制备方法，201711234679.0

56. 一种应用于锂离子电池负极的Li21Si5与石墨烯复合材料的制备，201810055454.7

57. 一种可添加WC强化相的W基复合粉末的工业化原位合成方法，201810158111.3

58. 一种适用于3D打印的具有双峰分布金属粉末的制备方法，201810181510.1

59. 一种硬质合金异形制品的3D打印制造方法，201810295945.9

60. 非晶晶化制备纳米晶WC-Co硬质合金的方法，201811233704.8

61. 一种具有液相烧结组织特征的WC-Co热喷涂粉末的制备方法，201810207906.9

62. 一种单相WCoB粉末的制备方法，201811320262.0

63. 一种高致密度纳米晶钨铜基块体复合材料的低温快速制备方法，201910152730.6

64. 金属元素Ti/Cr与硬质相WC原位共掺杂的纳米晶钨铜基复合材料的制备方法，201910245661.3

65. 一种适用于3D打印的高品质球形钛粉的制备方法，201910272508.X

66. 多尺度高通量材料计算工具集成与统一接口开发，201910447052.6

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北京工业大学宋晓艳教授团队针对硬质合金工程应用中出现的实际问题，进行了系列基础研究。课题组于2013年在国际上首次制备出高致密度均匀组织的纳米晶硬质合金块体材料，兼具高硬度与高韧性，并提出了纳米晶双相硬质合金的界面共格韧化理论 (Acta Mater. 2013, 61, 2154-2162)，进而在原位力学实验中得到全面验证 (Mater. Res. Lett. 2017, 5, 55-60)。最近，课题组结合理论建模和实验设计，深入研究了硬质合金材料中可能出现的各种“界面组织”，发现了若干种2-6个原子层厚的界面组织的形成、影响因素及其稳定化途径和微观机制。结合添加剂优选和成分微调，实现了界面组织稳定性的准确调控，提出了含有V、Cr、Ti、Ta、Nb等元素的多种硬质合金中原子尺度的相界面匹配对材料抗沿晶断裂的作用机理。进一步，通过晶粒长大抑制剂优化和烧结致密化温度的协同调控，获得了界面组织稳定性、表面能各向异性对低能晶界Σ2和Σ13a的形成和演变的影响规律。由此突破了在硬质合金中提高WC/Co共格相界与WC/WC低能晶界分布比例的可控制备难题。相关成果分别以“Complexions in WC-Co cemented carbides”和“Low-energy grain boundaries in WC-Co cemented carbides”为题连续发表在Acta Mater. 2018, 149, 164-178和Acta Mater. 2019, 175, 171-181 (第一作者均为博士生刘兴伟)。以基础研究为指导，课题组与企业合作批量制备出了平均横向断裂强度超过5200MPa、断裂韧性超过13.0MPa·m1/2的超高强高韧硬质合金棒材，断裂强度值为目前国际上报道的同类硬质合金中断裂强度的最高性能指标。

      此外，课题组对硬质合金的组织结构-力学行为-综合性能之间的关联关系进行了大量研究。实验方面，通过原位力学实验认识到外加载荷下硬质合金的微观组织演变特征尤其是位错、层错运动规律；借助精细结构表征和晶体学分析，提出了高强韧硬质合金中硬质相和韧性相的晶体缺陷交互作用机制，揭示了其对延缓裂纹形核、抵抗裂纹扩展的影响机理。尤其是，针对硬质相的应变行为，研究提出了室温下WC相的主要滑移系可产生压杆位错，而高温下新滑移系激活产生可动位错提供塑性贡献，定量揭示了硬质合金的塑性应变与滑移系和位错运动之间的关联及其随温度的变化规律。模拟计算方面，采用分子动力学方法对双晶和多晶硬质合金在室温和高温下的力学行为进行了研究，在原子尺度上阐明了晶界、相界、晶内缺陷和晶粒尺寸等影响硬质合金变形和断裂行为的微观机理。在电子尺度上，采用第一性原理计算分析了WC的电子态密度和成键形式，阐明了WC高硬度的微观机理，提出通过微量固溶具有高功函数的金属元素，可进一步提高WC弹性模量和硬度；进而在实验中成功合成了更高硬度的Re固溶无粘结相WC块体材料。上述研究进展于2019年在国际知名期刊《晶体学会刊》上连续发表3篇文章： Acta Cryst. 2019, B75, 134-142 (第一作者为硕士生方婧)；Acta Cryst. 2019, B75, 994-1002 (第一作者为吕皓博士)；Acta Cryst. 2019, B75, 1014-1023 (第一作者为博士生胡华鑫)。在介观和宏观尺度上，创建了基于真实硬质合金材料三维组织结构的有限元模型，研究了承载过程中制备态残余热应力与外加应力交互作用下硬质合金内部不均匀应变响应及塑性变形行为，揭示了微观组织结构-变形行为-断裂韧性之间的关联规律。该成果发表于国际知名期刊Int. J. Plasticity, 2019, 121, 312-323 (第一作者为李亚楠博士)。