“先进结构与复合材料”重点专项2021申报指南：拟安排632亿元启动37个项目

  “先进结构与复合材料”重点专项2021申报指南：拟安排6.32亿元启动37个项目

  国家重点研发计划“先进结构与复合材料”重点专项2021年度项目申报指南。

  5月13日，科学技术部发布国家重点研发计划“先进结构与复合材料”重点专项2021年度项目申报指南。

  指南中明确：2021年度指南部署坚持问题导向、分步实施、重点突出的原则，围绕

  高性能高分子材料及其复合材料、高温与特种金属结构材料、轻质高强金属及其复合材料、先进结构陶瓷与陶瓷基复合材料、先进工程结构材料、结构材料制备加工与评价新技术、基于材料基因工程的结构与复合材料

  。其中，拟部署9个青年科学家项目，拟安排国拨经费3600万元，每个项目400万元。

  研究内容：针对航空航天、武器装备等亟需的高强高韧结构材料应用需求，开展高性能全芳香族纤维制备关键技术及其应用研究。揭示大分子刚性链结构、纤维纺丝成型、凝聚态及其性能之间的内在规律，攻克全芳香族纤维制备共性科学问题；研究高强/高模芳纶纤维成型和热处理工艺，突破制备关键制备技术及成套装备；研究高伸长耐高温芳纶III纤维、芳纶纸及其蜂窝应用技术；探讨高性能液晶纺丝聚芳酯聚合物结构设计、固态缩聚反应动力学和纤维冷却成型机理，攻克聚芳酯纤维制备关键技术。

  1.2 面向高端应用的阻燃高分子材料关键技术开发（共性关键技术）研究内容：面向5G通讯和轨道交通等高端制造业的需求，形成一批具有国际领先水平和自主知识产权的合成树脂材料及应用技术。重点开发PCB的无卤高阻燃、高Tg、低介电性能的环氧树脂；高阻燃耐老化热塑性弹性体TPE和聚脲弹性体无卤阻燃技术及应用；研发本征阻燃高温炭化不熔滴聚酯和低热释放本征阻燃聚碳酸酯合成技术；本征阻燃尼龙66工程化制备及其应用，完成万吨级规模化生产与应用示范。

  1.3 低成本生物基工程塑料的制备与产业化（共性关键技术）研究内容：面向生物基高分子材料成本高和高性能工程塑料牌号少的问题，集中开发低成本生物基呋喃二甲酸（FDCA）、异山梨糖醇的制备技术；开发1，4-环己烷二甲醇（CHDM）和2,2,4,4-四甲基环丁二醇（CBDO）的国产化制备技术，基于生物基单体和新型单体开发PEF、PCF、PIF和PETG等生物基聚酯以及PIC、PCIC等生物基聚碳酸酯，从单体、聚合物到后端应用全链条研究。精细调控产品结构，研究产品的耐温性能、力学性能、阻隔性能等，开发不低于8种高性能聚酯和聚碳酸酯产品，并在包装领域得到应用。

  研究内容：针对国产高温合金冶金质量差、材料综合利用率低、力学性能波动大等问题，研究镍基高温合金纯净熔炼、返回料处理和再利用技术，返回料与全新料混合重熔工艺；开发难变形高温合金成分优化及纯净熔炼、铸锭均匀化热处理、合金铸锭均质开坯、棒料细晶锻制、大型薄壁异形环形件整体制备等工艺技术，建立合金工艺与成分、组织和性能的影响关系，实现高温合金棒材和锻件组织均匀性和性能一致性的优化控制，完成合金制备工艺、材料与构件质量评估及在先进能源动力装备的考核验证。

  2.2 高品质TiAl合金粉末制备及3D打印关键技术（共性关键技术）研究内容：针对电子束3D打印所需的低氧含量球形TiAl合金粉末，研究铝元素挥发、粉末球形度差、空心粉高问题，突破工业化生产球形TiAl合金粉末和工业化TiAl构件增材制造关键技术；开展增材制造TiAl合金的材料—工艺—组织—缺陷—性能一体化系统研究及典型服役性能测试，突破构件增材制造工艺及性能控制关键技术，掌握包括材料、工艺、组织调控、性能特征及典型应用，为新一代航空发动机高温关键构件制造及工业化应用提供技术支撑。

  2.3 光热发电用耐高温熔盐特种合金研制与应用（示范应用）研究内容：针对太阳能光热发电产业低成本高效发电可持续发展需求，以下一代低成本高效超临界二氧化碳光热发电系统中耐高温氯化物混合熔盐特种金属材料及其制造技术为研究对象，研究耐高温不锈钢、高温合金板材及其焊接界面在高温氯化物、

  研究内容：针对舰船和海洋装备泵体、管路及阀门等耐蚀性差、服役寿命短、高端材料依靠进口的问题，研究海洋工程及船用新型高性能铜合金材料设计、成分—组织—工艺内禀关系、腐蚀行为及耐蚀机理，开发耐高流速海水冲刷型铜合金承压铸件制备、超大口径耐蚀铜合金管材加工及管附件成形、海洋油气开采用高耐磨高耐蚀铜合金管棒材加工及热处理组织性能调控等高质量低成本工业化制造技术，开展产品应用技术探讨研究，实现高端铜合金典型产品示范应用。

  研究内容：针对我国油气、可燃冰等能源钻采高耐蚀和轻量化的紧迫需求，研究苛刻环境下高强韧耐蚀钛合金多相组织强韧化、抗疲劳机理，以及高温、高压、腐蚀、疲劳等服役环境下材料损伤及失效机理；建立服役环境适应性材料设计方法及油气井钻采用钛合金钻杆、油套管服役性能适用性评价方法；开发高性能大规格钛合金无缝管材成套工艺技术及关键应用技术；制定专用标准规范，开展苛刻服役条件下应用研究，实现工业化规模稳定生产，在典型应用场景实现示范应用。

  研究内容：针对汽车、飞行器以及船舶等提速减重、绿色制造的迫切需求，开展以铸代锻、整体成型、短流程、低排放的高效加工技术探讨研究，研发高综合性能的先进铝合金材料；开展先进铝合金材料综合性能评价及加工技术效能评价，形成铸锻一体成型的新型高综合性能铝合金高效加工技术，将铸造、增材制造等铝合金提升到变形铝合金强度水平。

  研究内容：针对商用车、高速列车、航空航天等领域的轻量化紧迫需求，探索热—力耦合条件下大容积镁合金凝固与形变过程中成分—组织—性能演变规律与调控技术，开发适合于大型铸/锻件的高性能镁合金材料；研究大型镁合金铸/锻件组织均匀化与缺陷调控机理，开发高致密度铸造成形技术、大体积熔体清洁传输及半连续铸造技术、挤锻复合一体成形技术；开展大型承载件的结构设计、产品制造、腐蚀防护及使役性能评价等技术探讨研究，并实现示范验证与规模化应用。

  研究内容：针对航空航天、轨道交通、能源采掘、电子通信等重大装备升级换代的紧迫需求，研究新型强化相对镁合金力学性能与功能特性的协同调控机理，发展新型结构功能一体化镁合金材料与新型非对称加工技术，开发大规格高强阻尼镁合金环件、宽幅阻燃镁合金型材、高强可溶镁合金管材、高强电磁屏蔽/高导热镁合金板材的工业化制造成套技术及关键应用技术，并实现典型示范应用。

  研究内容：针对航空航天特种服役构件用耐疲劳高强韧铝基复合材料、耐热高强韧钛基复合材料以及岛礁建设与隧道掘进等重大工程用高耐磨钢铁基复合材料，开发铝、钛基复合材料用合金粉末的低成本制备技术，解决传统制粉技术细粉出粉率低、氧含量高等技术难题，实现高端铝、钛合金粉末规模化制备。探索复合材料体系—复合构型设计—复合技术—宏微观性能耦合机制与协同精确控制机理，开发跨尺度分级复合构型的定位控制、界面效应与组织精确调控、性能及质量稳定性控制、大型结构件塑性加工与热处理、低成本批量制备等产业化关键技术，开展特种服役性能评价、全寿命预测评估与应用技术探讨研究，建立有关标准规范，实现其稳定化生产与应用示范。

  3.6 高端装备用高强轻质、高强高导金属层状复合材料研制及应用（示范应用）

  研究内容：针对高速列车、先进飞机、防护车辆等高端装备轻量化、高性能化的迫切需求，研究高性能多层铝合金板材、铜包铝合金等层状复合材料界面结构与复合机理，探索应用人工智能、大数据等前沿技术优化界面调控的理论与方法，阐明铝合金复合板材的叠层结构、复合界面、陶瓷颗粒第二相等在高应变速率下抵抗冲击的作用机理；开发防护车辆、特种装备等用抗冲击多层高强铝合金复合板材的工业化制造成套技术及复合板材的性能评价等关键应用技术；开发高速列车、航空航天、电力电器等高端装备用铜包铝合金复合材料短流程高效工业化生产成套技术及多场景应用关键技术，实现在高端装备上的示范应用。

  研究内容：面向冶金产业提升的发展需求，研究高端合金制造及钢铁新技术领域用关键结构陶瓷材料组分设计与制备技术，开发高品质高温合金制备用结构陶瓷材料、冶金领域用高效率节约能源硼化锆陶瓷电极、薄带连铸用结构功能一体化陶瓷材料的规模化生产的基本工艺，开展应用评价技术探讨研究，建立规模化生产线，研制关键生产设备，制定制备及检测标准。

  4.2 低面密度空间轻量化碳化硅光学—结构一体化构件制备（基础前沿技术）

  研究内容：针对空间遥感光学系统的应用需求，研究低面密度空间轻量化碳化硅光学—结构一体化构件的结构拓扑设计，开展复杂形状碳化硅构件的增材制造等新技术、新工艺研究，开发低面密度复杂形状碳化硅构件的近净尺寸成型与致密化烧结技术，开展低面密度空间轻量化碳化硅光学—结构一体化构件的光学加工与环境模拟试验研究，实现满足空间遥感光学成像要求的低面密度碳化硅光学—结构一体化构件材料制备。

  研究内容：针对高效隔热防护服、高强芯片、高保真通讯电缆等对高性能硅氧基纤维及制品的应用需求，研究硅氧前驱体化学组成、结构重组、多级微纳结构演变对纤维成型的影响规律，攻克硅氧基无机制品高温均匀化熔制拉丝关键技术，开发高强玻璃纤维；研究前驱体分子缩聚和纳米/微米多级孔组装结构演变对孔结构形成的影响规律，突破多孔玻璃纤维常温挤出成型技术，开发低介电、低热导、轻质柔性玻璃纤维；研究模拟月球和火星环境的微重力、高真空环境下玄武岩材料熔制技术及深空环境对纤维成型的作用机制，开发高性能连续玄武岩纤维；开展高性能玻璃纤维及复合制品产业化示范，形成千吨级生产线；开发极端环境的模块化连续玄武岩纤维成型装置，实现微重力下自主成纤中试。

  研究内容：针对海洋建筑结构对长寿命钢铁材料的需求，研究高盐雾、高湿热、强辐射等严酷海洋环境下，钢铁结构材料的失效机理与材料设计准则；防腐蚀涂层的成分设计、制备技术、涂装工艺及腐蚀评价；耐蚀钢板/钢筋的成分设计、制备技术、焊接技术及腐蚀评价；复合钢板的制备技术、焊接技术及腐蚀评价；海洋建筑结构用钢的服役评价、设计规范及示范应用。开展免维护海洋结构用低合金耐蚀钢板及复合钢板的成分设计及制备技术探讨研究；开展防腐蚀涂层设计与制备技术、钢板与涂层耦合耐蚀机理研究；研究低成本耐蚀钢筋母材与覆层协同耐蚀机制与制备技术；开展耐蚀钢连接技术探讨研究；建立复杂海洋环境钢材及构件的服役评价及全寿命周期预测方法。

  研究内容：围绕深海/深井勘探与页岩气开采、高端芯片制造等国家重大工程对长寿命、高速、高精度超硬材料制品的需求，开展高性能金刚石刀具、磨具和钻具等结构设计和增材制造技术探讨研究，结合新型金刚石超硬复合材料工具宏观外形和微观异质结构的理论设计和数值模拟，重点突破增材制造用含金刚石的球形复合粉体关键制备技术和含超硬颗粒的多材料增材制造关键技术，完成典型工况条件下服役性能的评价。

  研究内容：针对5G基站、消费电子、无人机或机器人等领域对高强轻质结构零件的迫切需求，研究粉末冶金高强轻质金属结构材料及其注射成形工艺过程精确控制原理与方法、小型复杂构件精密成形、低残留粘结剂设计及杂质元素控制、强化烧结致密化及合金的强韧化。重点突破粉末冶金高强轻质钢设计及其粉末制备、低成本近球形钛合金微细粉末制备、可烧结高强粉末冶金铝合金及近球形微细粉末制备、组织性能精确调控等关键技术，实现高强轻质金属复杂形状制品的稳定化宏量生产。

  6.3 大型复杂薄壁高端金属铸件智能液态精密成型技术与应用（共性关键技术）

  研究内容：面向大涵道比涡扇航空发动机、新能源汽车等对超大型复杂薄壁高端金属铸件的需求，打破传统“经验+试错法”研发模式，探索基于集成计算材料工程、大数据和AI相结合的金属铸件智能液态精密成型关键技术。研究超大型复杂薄壁金属铸件凝固过程的组织演变与缺陷形成机理，建立多物理场耦合作用下铸件组织与缺陷的预测模型，发展数据驱动的材料综合性能与铸造工艺多因素智能化寻优方法，形成金属铸件智能液态精密成型数字孪生模型及系统。

  研究内容：针对冶金领域高温、重载、高磨损等复杂工况对核心部件表面防护技术的迫切需求，开展复合增强表面工程材料及涂镀层结构的理性设计，开发高效率、高性能激光熔覆、堆焊、冷喷涂、复合镀等技术及多技术结合的复合表面工程技术，攻克复杂工况下冶金领域核心部件表面耐高温、耐磨损、抗疲劳涂镀层制备的关键技术，开展其服役性能评价和寿命预测，并应用于挤压芯棒、结晶器、除鳞辊等典型部件，在大型钢铁冶金企业得到示范应用。

  研究内容：针对高温合金、轻合金和高性能复合材料等的工程化需求，基于先进电子、离子、光子和中子光源，集成多场原位实验与多平台关联分析技术，研发晶粒、组成相、相界面、化学元素、晶体缺陷与织构的多时空跨尺度高通量表征、智能分析与快速评价技术，研发大尺寸多尺度组织架构和宏微观力学性能高通量表征技术与试验装备，实现典型工程化结构材料制备、加工和服役过程中内部组织架构的动态演化和交互作用规律的高效研究，建立材料成分—组织—性能的多尺度统计映射关系与定量模型，在典型结构材料的改性、工艺优化和服役评价等方面得到实际应用。

  研究内容：针对金属结构材料腐蚀、疲劳、蠕变等服役性能评价耗时长、成本高的问题，通过多物理场耦合、宏微观跨尺度损伤建模，融合智能传感、信号处理、机器学习等现代技术，研发材料服役性能物理实验与模拟仿真实时交互和数字孪生的智能化高效评价技术和装置；研究金属结构材料数据虚实映射与数据交互规则，建立数据关联平台，加速材料服役性能数据的积累，形成关键金属结构材料安全评价数据系统；集成结构模型与损伤模型，发展基于大数据技术的金属结构材料服役安全评价和寿命预测的新技术和新方法，并获得实际应用。

  研究内容：针对海上动力装备用热端部件及其海洋腐蚀环境，发展高温涂层的高通量制备技术，开展新型高性能高温涂层成分和组织架构的高通量实验筛选和优化研究；研发涂层—基体界面结构和性能多尺度高效模拟设计和预测技术，研发涂层高温力学性能、界面强度、残余应力和高温腐蚀和抗老化性能等的高通量实验技术，开展涂层与界面性能和工艺优化研究；综合利用材料基因工程关键技术，研发出具备极其重大工程应用前景的新型超高温、耐腐蚀涂层。

  研究内容：针对航空航天领域高强韧金属基复合材料应用需求，围绕非连续增强金属基复合材料强韧性失配及复杂构件成形加工周期长、成本高、材料利用率低的明显问题，结合利用材料基因工程思想和近净形制备技术原理，研发铝基、钛基复合材料高通量近净形制备技术及其高通量表征技术；测试和采集基体/增强相界面物理化学数据，建立基体/增强相界面热力学和动力学物性数据库；研究铝基、钛基复合材料成分—构型—工艺—界面—性能交互关联集成计算技术，实现材料体系与构型及其近净形制备工艺方案与参数的高效同步优化，并在航空航天等领域得到工程示范应用。

  研究内容：鉴于钢铁工业绿色制造、生态发展对先进制造流程生产高端钢铁材料的迫切需求，基于材料基因工程的思想，针对近终形流程生产汽车用钢，采用多场耦合和跨尺度计算技术，集成材料开发与产品应用的跨尺度计算模型，构建一体化集成计算平台，建立材料基础数据和工艺、产品数据库，开发基于数据挖掘和强化机制的组织性能定量关系模型，实现产品成分—工艺—组织—性能的精准预报；开展在近终形流程生产汽车用钢的示范应用，研制出代表性产品并实现工程应用。

  研究内容：针对航空发动机、高超声速飞行器、重载火箭等国家大型工程所需高温合金精密构件服役特点和增材制造物理冶金特点，应用材料基因工程理念，发展多层次跨尺度计算方式和材料大数据技术，形成增材制造用高性能高温合金的高效计算设计方法、增材制造全流程模拟仿真技术与机器学习技术，结合高通量制备技术和快速表征技术，建立增材制造用高性能高温合金的材料基因工程专用数据库；发展适合高温合金增材制造工艺特性的机器学习、数据挖掘、可视化模拟等技术，开展增材制造用高温合金高效设计与全流程工艺优化的研究工作，实现先进高温合金高端精密构件的组织与尺寸精密化控制，并在航空航天等领域得到工程示范应用。

  7.7 极端服役条件用轻质耐高温部件高通量评价与优化设计（共性关键技术）

  研究内容：发展基于大数据分析和数据挖掘的高温钛合金、钛铝金属间化合物等轻质耐高温部件组织架构与疲劳、蠕变等关键性能的定量预测模型；研制实时瞬态衍射、原位成像表征装置，发展三维不伤害原有设备的检测高效分析技术；研究高温腐蚀环境下组织架构演化和性能退化机理、高温和循环载荷等多因素耦合作用下的损伤累积及高通量评价与寿命预测技术；基于极端环境服役性能需求，利用机器学习和数据挖掘技术，实现轻质耐高温材料的成分、组织、制备工艺、服役性能的高效优化，并在航空、航天、核能等领域实现在极端服役条件下工程示范应用。

  研究内容：针对车载复合材料液化天然气（liquefiednaturalgas，LNG）高压气瓶的制造与应用，研究LNG介质相容的树脂基复合材料体系设计与制备；耐极端环境复合材料LNG气瓶结构设计技术；复合材料LNG高压气瓶抗渗漏、抗漏热和抗振动技术；复合材料LNG高压气瓶制造技术；复合材料LNG高压气瓶的性能评价技术。

  8.2 新一代结构功能一体化泡沫的制备和应用研究内容：面向结构功能一体化泡沫技术迭代的迫切需求，开发具备负泊松比和高耐火保温等功能的泡沫，主要是针对新型多级结构负泊松比结构泡沫材料、耐高温聚酰亚胺泡沫和高温可发泡防火材料等开展攻关，并开展其复合材料研究，在结构支撑、

  研究内容：针对当前航空发动机单晶涡轮叶片生产合格率低、冶金缺陷频发的现状，开展单晶高温合金及叶片高温度梯度液态金属冷却（LMC）定向凝固技术探讨研究，突破LMC技术中动态隔热层配置、晶体取向控制、模壳制备、低熔点金属污染控制等关键技术，实现LMC技术的多场耦合、多尺度精确模拟，研究复杂结构单晶叶片在高梯度定向凝固中的缺陷形成、演化机理，发展缺陷控制技术。

  8.4 海洋油气钻采核心部件用高强高韧合金研究内容：针对海洋油气随钻测量和定向钻井、海底井口设备核心部件主要是依靠进口问题，开展时效硬化型高强韧镍基、铁镍基耐蚀合金设计、高纯净低偏析冶金、强韧化机理、应力腐蚀疲劳失效寿命评估理论与方法等基础共性技术和产业化关键技术探讨研究，实现高强韧、大规格、高均质耐蚀合金和超高强度高耐蚀合金稳定批量生产和工程化应用。

  8.5 基于增材制造技术的超轻型碳化硅复合材料光学部件制造研究内容：面向空间光学系统轻量化的发展需求，研究新型超轻型碳化硅复合材料光学部件预制体增材制造用粉体原料的设计与高通量制备技术；开发基于增材制造技术的碳化硅复合材料光学部件基体成型与致密化技术；开发基于增材制造技术的碳化硅复合材料光学部件表面致密层制备技术；开展超轻型碳化硅复合材料光学部件的加工验证研究。

  8.6 基于激光技术的材料服役行为多维度检测技术和装备研究内容：针对核电、海工等领域极端条件下结构材料服役性能远程在线、多维度、智能化检测的发展需求，开展基于激光技术的光谱、表面声波、超声或多种方法融合的材料组分、结构特性、力学性能、缺陷特征检测新原理和新方法研究，发展极端条件下结构材料服役行为的实时、原位、无损监检测技术，研制与材料基因工程大数据、人工智能分析算法和机器人技术深层次地融合的材料多维、多尺度在线监检测原型装置，实现多场耦合极端环境下材料多层次、多维度服役性能原位无损在线测量及示范应用。

  8.7 超高刚度镁基复合材料的集成计算设计与制备研究内容：以航空、航天或高铁领域为应用场景，针对超高刚度镁基复合材料特点，发展高刚度镁合金集成材料计算软件和镁基复合材料高通量实验技术，开展基于弹性变形抗力提升的镁合金基体成分设计和增强体种类、尺寸和分布形态对镁合金刚度和强韧性影响规律的研究工作，研发多尺度增强体复合构型强化的镁合金材料高效制备与组织调控技术，建立高刚度镁基复合材料及其典型构件的全流程制备技术，并实现在重大工程中的应用验证。

  8.8 增材制造先进金属材料的实时表征技术及应用研究内容：研发基于同步辐射光源的原位表征技术与装备，动态捕捉增材制作的完整过程中高温下微秒级时间尺度和微米级局域空间内的相变和开裂；通过高通量的样品设计和多参量综合表征手段，揭示动态非平衡制备过程中材料组织架构的演化和交互作用

  在典型增材制造材料的设计与优化中得到应用。8.9 新一代抗低温耐腐蚀高强韧贝氏体轨道钢研究内容：针对低温下贝氏体钢中亚稳残余奥氏体易转变为脆性马氏体，增加贝氏体钢轨道安全服役隐患的问题，研究腐蚀、低温度的环境下贝氏体轨道钢（含钢轨和辙叉）的失效破坏机制，建立贝氏体轨道钢“夹杂物特性—组织架构—常规性能—服役条件—失效方式及寿命评估”数据库，开发适用于腐蚀、低温环境的

  CYTO2024笔记：光谱流式技术应用爆发式增长，新玩家入局——纽约阿尔伯特爱因斯坦医学院干细胞流式平台首席技术官孙大千

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