PDF《2017 年度国家科技进步奖公示内容》

2017 年度国家科技进步奖公示内容 项目名称 难加工脆性碳素零部件的高速精密加工关键技术及应用 推荐单位意见 该项目提出了系统的脆性碳素零部件高速精密加工方法, 指导脆性碳素零部件高速精 密加工工艺优化与工程应用.

发明了单位产能和加热效率高和节能的基于切削加工性与 功能性协同优化的多晶硅铸锭炉碳素热场,以及容量大、智能化和易装配 PECVD 石墨舟;

发明了大型薄片式光伏碳素零部件高效无损伤精密钻孔加工技术、基于加工变形预测的 薄壁石墨件高效精密铣削加工工艺优化方法;

发明了碳素零部件加工用耐磨纳米复合涂 层刀具和金刚石膜刀具制造新方法;

研发的石墨舟、碳素热场和石墨电极产品在太阳能、 模具骨干企业中得到应用推广,近三年累计新增销售额 51.3 亿元,新增利润 5.7 亿元, 产生了良好的社会经济效益.相关技术已通过科技成果鉴定和权威检测.该项目获授权 发明专利

12 件,实用新型专利

43 件,软件著作权

2 项,发表论文

30 篇,SCI/EI 收录

17 篇,培养博硕士

9 人.该项目获

2014 年广东省科学技术奖一等奖. 推荐该项目为国家科学技术进步奖二等奖. 项目简介(限1200 字) 多晶硅铸锭炉核心加热装置的碳素热场决定了多晶硅结晶的生产能耗、 生产效率和成 本;

作为硅太阳能电池表面镀溅反射膜载体的大型石墨舟,是太阳能光伏电池的重要核 心部件,直接影响太阳能硅片的镀膜质量;

精密模具电加工石墨电极是提高模具制造水 平的重要方法.在本项目实施之前,国内碳素热场、石墨舟均被国外垄断;

精密模具电 加工只使用铜电极.自主开发易脆性断裂与变形、加工质量低和刀具磨损严重的非均质 多孔脆性碳素零部件高效精密设计和制造关键技术,既是发展我国光伏行业和模具制造 业的急需,也是参与国际竞争的必要前提. 本项目在国家和企业项目资助下, 开展了十几年的深入自主创新研究, 在大型薄壁和 微细结构典型难加工碳素零部件优化设计、高效精密加工的理论与关键技术及核心产品 的研发与工程应用方面,取得的主要科技创新如下: 1)提出了大型薄片式光伏碳素零部件高效无损伤精密钻孔加工技术;

发明了单位产 能和加热效率高和节能的基于切削加工性与功能性协同优化的多晶硅铸锭炉碳素热场, 以及容量大、智能化和易装配 PECVD 石墨舟;

实现了碳素制品的整体性能提升.碳素热 场使国际最先进的 GT 公司多晶硅铸锭炉产能从 450kg 提高到 850kg,产能提高 88%,单 位能耗降低 30%.高精度低碎片率石墨舟可满足机器人装片要求,在不改变设备部件情 况下提高生产效率 26%. 2)提出了基于加工变形预测的薄壁石墨件高效精密铣削加工工艺优化理论与方法;

发明了薄壁微细石墨电极高效精密加工新方法;

形成了高精度薄壁、针状和微孔等微细 结构石墨电极高效无损伤精密加工成套应用技术;

在国内率先系统解决了薄壁微细石墨 电极易崩碎与变形等加工技术难题,实现在精密模具制造业的工程化应用. 3)提出系统的脆性碳素零部件高速精密加工理论,指导脆性碳素零部件高速精密加 工工艺优化与工程应用;

发明了碳素零部件加工用耐磨纳米复合涂层刀具和金刚石膜刀 具制造新方法;

全面提高了碳素零部件加工质量和效率. 研发的石墨舟、碳素热场和石墨电极产品在太阳能、模具骨干企业中得到应用推广;

近三年累计新增销售额 51.3 亿元,新增利润 5.7 亿元.中国光伏协会认为 产品已在美国 GT SOLAR、高佳太阳能股份有限公司等多家知名太阳能光伏企业进行了应用和推广,产品 质量在业界得到广泛认可,成功实现光伏产业碳素制品国产化 .研发的薄壁微细石墨电 极在国内若干知名企业应用推广,中国模具协会认为这一成果 引领和促进了石墨电极技 术在模具制造业推广应用和技术进步 . 本项目获授权发明专利

12 件,实用新型专利

43 件,获软件著作权

2 项,发表论文

30 篇,SCI/EI 收录

17 篇,培养博硕士

9 人.本项目获

2014 年广东省科学技术奖一等奖. 客观评价 1. 技术比较 本项目 PECVD 石墨舟工艺点孔公差能达到±0.005mm,是国内唯一能够完全达到机 器人安装石墨舟装片工艺低碎片率要求的石墨舟.在不改变设备部件情况下,主流设备 125-19 设备效率可提高 26%,156-19 设备效率可提高 29%,大大提高了设备利用率和产 能,可节约 PE 设备

367 台,约合人民币 110.1 亿元,同时降低了生产成本,单台石墨舟 降低了

4 万元成本,总计约 5.79 亿元.本项目研究开发设计的多晶硅铸锭炉碳素热场与 国际主流美国 GT 公司产品相比,在不大改变多晶硅铸锭炉设备前提下,将原有低产能的 450kg、650kg 的炉子升级为高效能低能耗的 800kg;

产能提高 88%,降低能耗 30%.见附 件13. 2. 检测报告 本项目研究开发的金刚石薄膜涂层铣刀经国家刀具质量监督检验中心检验,在相同 的实验条件下切削 600m 后,力博、范霍恩(VanHoorn)、山高(seco)的金刚石薄膜涂 层铣刀端刃后刀面平均磨损和周刃平均磨损量相近,因此,三种刀具切削性能水平相当. 本项目研究开发的石墨电极最细可达 60X60,Φ0.15mm,高15mm;

达到可见报道最高 水平. 3. 鉴定结论 研究成果 面向大型薄壁微细脆性碳素零部件的高速精密加工关键技术及应用 经 瞿金平院士为主任的鉴定委员会鉴定,认为该成果解决了碳素零部件的崩边、碎裂、断 裂和加工精度及表面质量难以保证的难题;

研制的大型太阳能光伏产业用石墨舟石墨热 场等的设计和加工方法,实现了高位置精度和尺寸精度的石墨零部件的加工;

研发的石 墨用金刚石涂层刀具的研磨性达到了国际同类产品的先进水平;

该成果技术成熟度高, 主要成果均实现产业化,获得了显著的经济和社会效益,市场前景广阔.鉴定委员会一 致认定该成果总体技术达到国内领先水平, 在金刚石涂层刀具工艺技术方面达到国际先 进水平. 4. 科技奖励 难加工脆性碳素零部件的高速精密加工关键技术及应用 获2014 年广东省科学技 术一等奖.该项目研究成果已在多家知名企业得到应用和推广,产品质量在业界得到广 泛认可,并取得了可观的经济效益. 5. 同行评价 中国模具工业协会副理事长兼秘书长武兵书在

2016 年9月28 日由广东省机械工程 学会和广东省机械模具科技促进协会主办的 石墨电极加工与应用技术研讨会 上的致 辞中表示,广东工业大学与国内专业从事石墨电极及其制品设计、制造和应用多家公司 针对石墨电极高速加工和石墨电极应用技术研究与开发,开展了长期深入的全面合作, 形成了以石墨材料供应商(外企)、石墨零部件加工专业化企业、石墨加工刀具制造企 业和石墨电极电加工模具应用企业为主体的产学研用相结合的技术创新体系,对石墨电 极加工与应用技术开展了深入持续多年的系统研究,取得了多项创新成果,并在《模具 工业》、《电加工》、《制造技术与机床》等杂志上发表了多篇高水平文章,培养了大 批石墨电极制造与应用技术人才,共同推动石墨电极技术在模具制造中的普及应用和加 工与应用技术水平的提高. 6. 协会评议 中国光伏行业协会出具的证明显示:深圳市石金科技股份有限公司是中国光伏行业 协会成员,其设计的石墨舟及多晶硅铸锭炉碳素热场等产品已在深圳丰盛装备股份有限 公司(002088)、东方日升新能源股份有限公司(300118)、美国 GT SOLAR、高佳太阳 能股份有限公司(03800,HK)等多家知名太阳能光伏企业得到应用和推广,产品质量在 ........