世界一流钽铌铍稀有金属材料科研生产基地如何炼成
来源：【宁夏日报】
中色（宁夏）东方集团有限公司生产车间。
1965年，北京有色金属研究总院从事钽铌铍研究的两个半研究室，厂房连带着设备，原班人马带着工艺，搬迁到了贺兰山下。
从刚开始只有两个半研究室，到如今下设3个子公司、2个分公司，从刚开始的几十名员工，到现在拥有2370名职工，还先后被评为首批国家科技兴贸出口创新基地、首批“创新型企业”、首批国家技术创新示范企业等，位于石嘴山市大武口区的中色（宁夏）东方集团有限公司（以下简称中色东方），如今已迈向世界一流的钽铌铍稀有金属材料科研生产龙头企业。
世界三强地位 钽铌铍高新技术产品彰显中国制造实力
直径0.06毫米的钽丝，比头发丝还细。2996℃的高熔点、抗腐蚀性、高生物相容性以及较高的拉伸强度和延展性，不仅可以用于人工关节等医用材料制作，还广泛用于现代通讯、汽车电子、化工等行业。
“从第一任厂长背着钽粉、钽丝去国外推销，到现在我们生产的钽丝在全球市场份额超过50%，市场占有率连续10年稳居世界第一，钽粉比容从世界‘跟跑’到‘并跑’，达到世界领先水平，成为全球唯一全系列钽粉生产企业，我们正以不断的技术突破引领行业技术革新。”5月31日，中色东方科技质量部副部长李树荣说。
作为国际钽铌研究中心（TIC）成员单位、世界钽冶炼三强企业之一、我国首批“国家技术创新示范企业”的中色东方，主要从事稀有金属钽、铌、铍等高新技术产品的研究、开发和生产，产品广泛应用于电子、冶金、化工、航空、航天等高科技领域。在钽铌行业中是唯一一家从冶炼到加工产业链最完整、产品品种最为齐全的企业，同时也是中国唯一的铍材加工和研究基地，生产的钽、铌、铍、钛及其合金相关制品获得“中国名牌产品”“国家免检产品”等多项荣誉。
回首中色东方的发展历程，并非一蹴而就，而是在不断开拓创新、不断加强关键核心技术攻关中升级壮大的。自创立以来，企业坚持把科技自立自强作为战略支撑，主动对接国家大科学工程、国防军工、航空航天等国家重大战略需求，突破多项“卡脖子”技术难题，实现多项该领域相关材料及产品的国产化替代，获国家、省部级科技奖项200余项。
走进中色东方展览室，醒目的元素周期表引人注目。“除了钽铌铍等主导产品外，我们的产业还涉及钛、银、钒、铬等金属。”李树荣介绍，企业自主研发的“钠还原钽粉”成为全国第四批制造业单项冠军产品。
钽丝市场占有率世界第一、钽粉市场占有率世界第三，产品性能达到世界先进水平，部分品种达到世界领先水平；半导体芯片用12英寸钽靶材成功实现批量生产和国产化替代；高纯铍实现国产化替代……公司牵住科技创新“牛鼻子”，开发出有自主知识产权的40多个系列300多个品种的产品，申请专利800多项，授权400多项。今年1至4月，实现利润总额1.29亿元，同比增长11%，经营效益再创历史同期最好水平。
李树荣说，公司将继续强化核心技术和新产品研发力度，持续开展钽铌高温抗氧化涂层、生物医疗钽材料、太阳能电池用银粉银浆、航空航天用大规格钛合金棒材和紧固件丝材等新产品攻关，加速推进钽靶材、超导铌板等新产品成果产业化，推动公司产品走向高、精、尖，引领行业技术革新。
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人才战略再升级 让高技能人才成为企业“香饽饽”
“和做饭一样，要想蒸出好吃的米饭，得有高质量的米；想有好的3D打印产品，就必须有高质量的球形粉末。”顺着宁夏东方智造科技有限公司总经理李小平手指的方向，一份“钽钨合金粉末及其制备方法”的发明专利证书引人注目。即使钽、钨等难熔金属的熔点在3100℃左右，其球形粉末制作的技术难题还是被李小平带领的团队成功攻破。
2007年，在西安理工大学读材料科学与工程专业的李小平，一毕业就进入了中色东方，负责稀有金属钽铌的加工制造工作，在这里一干就是17年。
2021年12月17日是李小平难以忘记的一个日子。这一天，中色东方为了响应国企改革，鼓励科技人员将自己的科技成果作为加入股，领办创办新的创新研发子公司。听闻消息的李小平带着团队和专利技术入股，宁夏东方智造科技有限公司由此成立，成为国内唯一一个难熔金属3D打印全产链研发生产基地。
在这里，李小平带领着自己的智力团队，借助3D打印技术，将钽金属牙钉制品、钽制人工锥体、髋关节垫块等一件件医疗产品带进了普通人的生活，推动国产医疗器械的高速发展，让更多研发产品普惠更多民众。
“这种骨填充棒之前都需要从国外进口，手术成本超过了4万元，我们自己研发的同类产品成本不足其十分之一。”记者看到，李小平手上小巧的骨填充棒布满小孔，其精细程度令人惊叹。李小平说，这款钽制多孔骨填充棒在植入人体后，人骨组织会沿着多孔长进去，最后和患者身上的骨骼融为一体。
“以前受限于客观条件，很多产品做不出来，只能基于自己的加工能力去设计产品，现在不一样了，产品主要基于使用功能去设计，小到一个零件，大到一类产品，通过3D打印技术都可以完整呈现出来。”李小平自豪地说。2023年，该公司实现营业收入1108万元。
让技术人员领办创办、技术入股，是中色东方在新形势下的一种创新举措。近年来，中色东方依托国家重点实验室和自治区工程技术研究中心等科创平台，实行高层次人才“一人一策”协议薪酬制，广泛集聚高学历、高水平、高技能人才。同时，拓宽技术、技能人员晋升通道，提升技术、技能人员待遇，实现后备技术力量的接续培养，形成结构合理、层次鲜明的技术人才梯队，公司科技人才占比超50%，为企业持续发展提供源源不断的智力支撑。
“以人才支撑技术进步和科技创新，推动产品开发升级，以此带动企业发展。”稀有金属特种材料国家重点实验室常务副主任罗文告诉记者，企业重视“存量”人才培养，选送40余人攻读硕士，10人攻读博士，不断加强科技人才的引进与培养。
目前，企业拥有自治区科技人才团队3个，公司科技创新团队10个，技能人才郭从喜入选“大国工匠年度人物”，发挥人才强企新动能。
产学研深度融合 科技创新与产业升级“双向奔赴”
“一个个‘哑铃’焊接后串成‘糖葫芦’，再穿上一层‘夹克’，这套流程看似简单，其实是射频超导加速器的关键技术。”宁夏东方超导有限公司副总经理陈明伦用形象生动的比喻，两三句话就介绍清楚了自己团队的研发产品：铌射频超导腔。
射频超导加速腔是对撞机、X射线自由电子激光、放射性核素物理研究装置等大型科学工程的关键部件。射频超导加速腔的研制能力是一个国家自然科学领域前沿研发水平的标志之一，而我国是世界上第四个能够自主生产超导腔的国家。
从2012年年产20支，到2018年实现年产50支，再到2024年实现年产100支。12年间，宁夏东方超导有限公司致力于铌射频超导腔零件尺寸、形位公差等精密加工，实现从材料生产、加工、焊接等全流程生产加工模式，保障了国内外研究机构的粒子加速器大科学工程的需求。
一个个创新链的“好技术”能落地生根，顺利变成产业链的更多“新应用”，是中色东方与高校“产”“研”强强联合的结果。
陈明伦介绍，为了快速提升我国超导材料及超导腔的技术水平与产业发展，中色东方发挥宁夏东方钽业股份有限公司全产业链材料和技术优势，借助北京大学基础理论研究优势，共同打造加速腔产业化基地，助推国内外粒子加速大科学工程的发展。
科技创新和产业创新的深度融合，实现了科技创新与企业发展的同频共振。目前，东方钽业与北京大学合作进行的大晶粒超导腔用铌材的制作方法已获得国家发明专利授权，用其制造的部分超导腔的加速性能达到国际先进水平，得到了国际同行的公认。公司已成为国际合作项目——欧洲X射线自由电子激光项目的材料供应商之一。
近年来，中色东方牵住自主创新“牛鼻子”，瞄准“卡脖子”的关键核心技术难题，勇闯创新“无人区”，促进创新产业链、人才链深度融合，以科技创新引领产业创新，以新质生产力赋能高质量发展，为推进全区科创事业发展注入强大动力。
（本报记者 王猛 苏峰 何娟亮 祁国昌 文/图）
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潍坊科技学院李强：金属复合材料研究结硕果，解决国家战略需求
当今时代，人类科技水平迅猛发展，达到了前所未有的高度，而随着材料的日新月异，更新换代的步伐也逐渐加快。在这其中，利用复合技术或多种、化学、力学性能不同的金属在界面上实现冶金结合而形成的金属复合材料，以其极大地改善单一金属材料的热膨胀性、强度、断裂韧性、冲击韧性、耐磨损性、电性能、磁性能等诸多性能，被广泛应用于石油、化工、船舶、冶金、矿山、机械制造、电力、水利、交通、环保、压力容器制造、食品、酿造、制药等各种工业领域。
潍坊科技学院新材料研究院院长李强教授，是我国长期致力于金属复合材料领域的知名专家，他的主要研究方向是：凝固理论、节能轻量化设计、金属基复合材料设计与开发、金属表面工程技术与设备开发、材料仿真设计与优化。从业多年来，李强经过不断创新科研技术，研发出多种性能优异的金属复合材料的同时，并积极推动成果产业化应用，取得了显著的经济效益，为我国金属复合材料产业化发展战略做出了重大贡献。
专攻材料设计 创新科研结硕果
我国于1981年启动金属基复合材料研究，经历艰难的起步阶段和初期工程验证阶段，进入新世纪以来，逐渐步入了普及与快速发展阶段，显著提升了重大装备的精度和效能，也为装备换代和技术升级提供了坚实保障。
2004年获得中国科学院金属研究所材料加工工程博士学位，并自2004年起于沈阳工业大学材料科学与工程学院任教；2008至2010年期间于北京有色金属研究总院材料科学与工程博士后流动站从事研究工作；2012年到2017的五年时间，李强远赴澳大利亚南昆士兰大学先进纤维材料国家工程中心从事研究工作；2018回国后，他先后至今担任潍坊科技学院机电信息学部主任、新材料研究院院长。
随着新一代装备技术的提升，对基础材料的性能要求愈来愈加苛刻。传统金属材料已不能满足要求，金属基复合材料成为了不可替代的战略性新材料，其应用广度、发展速度和生产规模已成为衡量一个国家材料科技水平的重要标志之一。
早在2004年时，李强就承担了东北振兴老工业基地项目“装备制造业热加工产品的可视化信息关键技术的子课题——合金凝固组织演变”，随后又于2005年承担了辽宁省教育厅项目“三元合金凝固组织演变”。基于这两个项目，李强于2006年在国际首次发表了基于溶质扩散的多组元合金凝固组织与显微偏析演变模型，该模型无需相图计算软件便可直接进行计算微观组织演变、不同组元偏析和枝晶尖端半径等信息，该模型直接摆脱了多组元合金凝固组织演变和显微偏析完全依赖进口相图软件，对以往依赖计算相图来计算组织演变的研究人员而言具有极其重要的意义。该项成果已申请了国家发明专利（ZL 200810012487．x），并在国内多个企业实施，形成了具有特殊性能和结构高端关键铝合金铸件的生产能力，满足了我国高端装备制造业对此类铸件的需求，为我国相关高端装备制造业的发展提供了技术支撑，该成果于2012年获得了中国机械工业科学技术奖二等奖。
2012年在澳大利亚南昆士兰大学期间，李强利用传热学原理，建立了一个串并联混合的传热模型，通过该传热模型，成功开发了一个孔隙率与导热率的理论关系模型，采用该导热率预测模型计算的导热率与实验测定的导热率偏差小于6％，成为国际首个高精度预测泡沫混凝土导热率模型，该成果已在国际刊物Journal of Sustainable Cement－Based Materials发表。
致力产学研融合 成果转化促发展
常年潜心专攻材料设计，李强利用国外尖端的设备和先进的技术，深深为自己打牢了科研基础，并深度融合产学研，推动科研成果产业化应用。2015年，他和团队与辽宁省鞍山市一家医疗器械公司签约160万技术服务，致力于制备镁合金血管支架。针对传统机械加工制备镁合金超薄壁管坯方法进行了替代式技术升级，他首先自制了一台三辊往复管轧机，通过三辊往复轧制和中间退火工艺，成功制备出壁厚0．2mm，长度超过120mm血管支架坯料，为高效制备镁合金血管支架开辟了一条新的途径。2019年针对血管支架的特性化需求，他申请并获批了潍坊市科技局项目“3D打印镁合金可降解血管支架研究”，在该项目中，他针对可降解血管支架关键的力学性能和延伸率性能指标方面，采用超细粉体3D打印技术制备，制备后的血管支架晶粒尺寸在5μm，其延伸率可达18．5％，大大超过传统镁合金性能，该成果于2020年获得了中国科技产业促进会特别贡献奖。
自2018年回国调入潍坊科技学院以来，李强快速组建了材料先进制备团队，逐步形成了轻质结构材料、先进储能、表面工程、高温合金和工程计算等研究方向。并利用省市课题，先后购置了价值1000余万元的科研设备，陆续申请了省市重点实验室：2019年获批潍坊市轻质材料先进制备与成型技术重点实验室；2021年获批潍坊市先进动力系统用热端材料及单晶部件制备重点实验室；2022年获批山东省农机装备用材料工程高校特色实验室。硬性科研条件的提升，大大推动了李强和团队的研究进展。
2019年，由于二氧化硅基陶瓷型芯容易发生烧结变形及高温蠕变现象，致使陶瓷型芯成品的尺寸稳定性及性能稳定性较差，导致生产成本大幅度提高因此如何控制二氧化硅基陶瓷型芯形性稳定性是生产中急需解决的难题。在此项目中，李强带领团队针对陶瓷型芯实际应用中存在的问题，开展了型芯制备基础理论及应用研究工作，包括陶瓷粉料成分选择、成分配比、粉末粒度设计与级配调整预混料制备复合粉、分散剂调整粉料均匀性、烧结强化耦合工艺以及以上多因子对陶瓷型芯尺寸精度与力学性能及二者稳定性的影响关系等。经过团队攻坚克难、突破创新，相关工作形成了一系列独有工艺技术，制备的陶瓷型芯具有良好的综合性能：良好的抗冷热冲击能力，可满足从室温到1500℃以上的瞬时升温而不断裂、较高的抗弯强度可抵抗蜡模成型过程中蜡液的冲击、适当的热膨胀率使型芯与氧化铝模壳匹配良好、良好的化学脱除性可形成完整的气冷内腔、良好的抗蠕变性可抵抗陶瓷型芯变形等。该成果获得了2021年中国生产力促进中心创新发展二等奖。
如今，李强已在Journal of Material Science and Technology、Composite structure、《稀有金属材料与工程》等国内外学术期刊发表论文100余篇，其中SCI收录论文40余篇，授权发明专利20余项，编著著作3部。截至目前，他已主持和参与国家863计划、973计划、科技攻关计划、国家自然科学基金、国家博士后基金、辽宁省教育厅、潍坊市科技局、企业和大学研究所等研究课题40余项，科研成果投入实践应用，为相关产业发展起到了大大的推动作用。
（稿件来源：潍坊科技学院）
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