近日，上海大學、河北龍鳳山鑄業(yè)有限公司（簡稱：龍鳳山鑄業(yè)）、冶金經濟研究發(fā)展中心（簡稱：經研中心）、上海大學（浙江）高端裝備基礎件材料研究院（簡稱：上善院）聯(lián)合組成的PI（純鐵）項目團隊，在王林軍教授和徐閏教授的帶領下成功制備出純度達到5N2的超純鐵（5N-6N）。這是繼項目團隊2021年制備出4N7高純鐵和2023年實現(xiàn)4N電解鐵產業(yè)化之后的又一重大科技突破，標志著我國在鐵的提純方面躋身世界前列。

概述

純鐵是重要的工業(yè)原料，按照碳含量不同，將鐵分為生鐵、鋼和純鐵，其中將碳含量低于0.0218%的鐵稱為純鐵。與生鐵和鋼性能不同，4N級以上的高純鐵和超純鐵具有優(yōu)異的軟磁性能、耐腐蝕性能、延展性能、熱性能和導電性能等。作為原材料使用可以顯著提高特種合金、高端特種鋼、半導體和非晶等材料的性能和品質，從而促進航空、航天、電子、能源、半導體等產業(yè)的發(fā)展。純鐵的提純技術既反映了一個國家的工業(yè)化發(fā)展水平，又體現(xiàn)了對鐵這個*大量材料的認知深度。

目前，我國大規(guī)模工業(yè)化生產的純鐵純度為99.0%-99.9%（2N-3N）。龍鳳山鑄業(yè)已實現(xiàn)高純生鐵和超高純生鐵的工業(yè)化生產并用于高端裝備制造。上海大學與龍鳳山鑄業(yè)經過多年合作，在開發(fā)4N級高純鐵方面已取得了重要進展：2021年*制備出公斤級4N7高純鐵，2023年實現(xiàn)產業(yè)化制備4N級電解純鐵。而5N級超純鐵的制備一直是*的科技難題，之前僅有發(fā)達國家日本和美國在實驗室制備出5N級超純鐵。

PI項目立項

2020年1月，針對國內純鐵的純度與發(fā)達國家存在差距，為提升我國純鐵制備水平，上海大學、龍鳳山鑄業(yè)、經研中心正式成立鐵基新材料研究院。2020年10月，在團隊協(xié)作下，龍鳳山鑄業(yè)成立了國內*以純鐵生產技術研發(fā)和應用為主要目標的省級研發(fā)機構——河北省純鐵材料及應用產業(yè)技術研究院。同年，龍鳳山鑄業(yè)與上海大學董瀚教授團隊制定出合作開發(fā)高純鐵和超純鐵新材料的科研方案，并開始實施PI項目。

在河北省發(fā)改委、工信廳和科技廳，嘉善縣以及上善院的大力支持下，在業(yè)內專家的指導和鼓勵下，董瀚教授率領PI團隊不懈努力，針對我國純鐵的現(xiàn)狀，圍繞制備更高純度的純鐵、更低成本生產與應用高純/超純鐵的目標開展工作。

4N電解鐵產業(yè)化

2019年起至2023年，上海大學、上善院和龍鳳山鑄業(yè)組成的科研團隊成功研發(fā)出系列高超純鐵電解制備生產技術，實現(xiàn)了包含氣體元素在內的全元素含量檢測的3N級電解鐵的低成本制備、4N級電解純鐵的產業(yè)化制備和4N級純鐵的低氧化制備技術�？梢耘�量提供市場全元素含量檢測的3N、3N5、4N和4N5系列的電解鐵產品。電解法制備4N級以上高純鐵實現(xiàn)產業(yè)化，填補了國內電解鐵市場完全依賴進口的局面，打破了國外技術封鎖，是我國基礎材料的一個重大進步。2023年，《4N級高超純鐵的研制與開發(fā)》項目榮獲由工信部、科技部、國防科工局等九部委組織的第五屆中國先進技術轉化應用大賽新材料領域技術創(chuàng)新類*金獎。

連續(xù)攻關突破5N

為攻克5N級超純鐵制備技術難關，2022年4月，PI項目團隊中，上海大學光電子材料與器件研究中心主任王林軍教授將已有的半導體材料提純技術與鐵的超純化相結合，提出了區(qū)熔法提純超純鐵方案。徐閏教授率隊經過兩年連續(xù)艱苦的科研工作，設計制造出國內*臺超高真空垂直浮區(qū)感應區(qū)熔爐。經過大量深入細致的科研工作，進一步認識了鐵的提純規(guī)律和機理，形成系統(tǒng)的超純鐵提純技術。

PI團隊持續(xù)深入開展實驗工作，2023年9月，采用電解-真空熔煉-真空垂直區(qū)熔三種組合方式*開發(fā)了5N超純鐵。在經過半年多的持續(xù)努力，于2024年3月獲得了一致性優(yōu)異、穩(wěn)定可重復的優(yōu)化提純工藝。

經第三方檢測，5N超純鐵樣品純度高達5N2（99.9992%），其中氣體雜質元素含量（碳氮氧氫）僅為4.5ppm，其余元素含量總和為3.2ppm（包含其他所有GDMS可準確測量的73種雜質元素）。

未來可期

5N級純鐵的開發(fā)對材料的科學研究、技術創(chuàng)新、工程應用等有著重要意義，5N級純鐵的成功制備是我國在這一領域的一項重大科技突破，使我國在純鐵科技領域躋身世界前列。

圍繞純鐵的純度提升研究依然任重道遠。針對5N級超純鐵本身，PI科研團隊將開展力學、磁學、電學、腐蝕和生物適應性等方面的科學研究與應用開發(fā)；團隊已瞄準下一步科研目標，挑戰(zhàn)極純鐵（6N級）及區(qū)熔法制備大尺寸鐵單晶的前沿技術，未來可期！

相關新聞