近日，在由上海大學(xué)、河北龍鳳山鑄業(yè)有限公司（簡稱龍鳳山鑄業(yè)）、冶金經(jīng)濟(jì)研究發(fā)展中心（簡稱經(jīng)研中心）、上海大學(xué)（浙江）高端裝備基礎(chǔ)件材料研究院（簡稱上善院）共同組建的PI（純鐵）項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員王林軍教授、徐閏教授的帶領(lǐng)下，該團(tuán)隊(duì)成功制備出純度達(dá)到5N2的超純鐵（5N～6N）。這是繼該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)于2021年制備出4N7高純鐵和2023年實(shí)現(xiàn)4N電解鐵產(chǎn)業(yè)化后的又一重大科技突破。
純鐵是重要的工業(yè)原料，純鐵的提純技術(shù)反映著一個(gè)國家的工業(yè)化發(fā)展水平。5N級(jí)超純鐵對(duì)材料的科學(xué)研究、技術(shù)創(chuàng)新、工程應(yīng)用等有著重要意義，其制備工藝一直是世界級(jí)的科技難題，此前僅有日本、美國等發(fā)達(dá)國家在實(shí)驗(yàn)室制備出5N級(jí)超純鐵。我國成功制備出5N級(jí)超純鐵標(biāo)志著我國在鐵的提純方面躋身世界前列。
目前，我國大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的純鐵純度為99.0%~99.9%（2N~3N）。為攻克5N級(jí)超純鐵制備技術(shù)難關(guān)，2022年4月份，王林軍將已有的半導(dǎo)體材料提純技術(shù)與鐵的超純化相結(jié)合，提出了區(qū)熔法提純超純鐵方案。徐閏率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過2年連續(xù)艱苦的科研工作，設(shè)計(jì)制造出國內(nèi)第一臺(tái)超高真空垂直浮區(qū)感應(yīng)區(qū)熔爐。經(jīng)過大量深入細(xì)致的科研工作，他們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)了鐵的提純規(guī)律和機(jī)理，形成系統(tǒng)的超純鐵的提純技術(shù)。PI項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)持續(xù)深入開展實(shí)驗(yàn)工作，于2023年9月份采用電解—真空熔煉—真空垂直區(qū)熔3種組合方式首次生產(chǎn)出5N超純鐵。又經(jīng)過半年多的持續(xù)努力，該團(tuán)隊(duì)于2024年3月份掌握了一致性優(yōu)異、穩(wěn)定可重復(fù)的提純工藝。經(jīng)第三方檢測，超純鐵樣品純度高達(dá)5N2（99.9992%），其中氣體雜質(zhì)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(zhǔn)確測量的73種雜質(zhì)元素）。
據(jù)悉，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。與生鐵和鋼的性能不同，4N級(jí)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(dǎo)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(dǎo)體和非晶等材料的性能和品質(zhì)，從而促進(jìn)航空、航天、電子、能源、半導(dǎo)體等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
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