近日,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)傳來喜訊,由上善院、上海大學(xué)、河北龍鳳山鑄業(yè)有限公司、冶金工業(yè)經(jīng)濟研究發(fā)展中心聯(lián)合組成的PI(純鐵)項目團隊,成功制備出了純度達(dá)到5N2的超純鐵,這也標(biāo)志著我國鐵的提純技術(shù)躋身世界前列。
什么是超純鐵?上海大學(xué)、上善院教授徐閏介紹,按照碳含量不同,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,純度在4N—6N級(99.99%—99.9999%)的純鐵稱為高純鐵及超純鐵。
與生鐵和鋼的性能不同,4N級(99.99%)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),從而促進航空、航天、電子、能源、半導(dǎo)體等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
純鐵是重要的工業(yè)原料,其提純技術(shù)反映著一個國家的工業(yè)化發(fā)展水平,純鐵制備工藝也一直是世界級的科技難題,此前,僅有日本、美國等發(fā)達(dá)國家在實驗室制備出了5N級超純鐵,在我國,大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的純鐵純度僅為2N—3N級(99.0%—99.9%)。
“想要制備超純鐵,無論是設(shè)備、技術(shù)還是工藝,都是一道道必須攻克的難題!毙扉c說。
2021年,作為嘉善縣人民政府與上海大學(xué)合作共建的高能級創(chuàng)新載體,上善院正式入駐嘉善。帶著“制備更高純度純鐵”的目標(biāo),徐潤和團隊成員一頭扎進了實驗室。2022年4月,團隊中的上海大學(xué)光電子材料與器件研究中心主任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。隨后,徐閏率領(lǐng)團隊設(shè)計制造出了國內(nèi)第一臺超高真空垂直浮區(qū)感應(yīng)區(qū)熔爐。2023年9月,PI項目團隊通過電解—真空熔煉—真空垂直區(qū)熔3種組合方式首次生產(chǎn)出了5N級超純鐵。又經(jīng)過半年多的努力,今年上半年,一項一致性優(yōu)異、穩(wěn)定可重復(fù)的提純工藝正式出爐。
經(jīng)第三方檢測,經(jīng)該提純工藝制備出的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(百萬分之一),其余元素含量總和為3.2ppm。
徐閏表示,提純研究依然任重道遠(yuǎn),針對5N級超純鐵本身,他們還將開展力學(xué)、磁學(xué)、電學(xué)、腐蝕和生物適應(yīng)性等方面的科學(xué)研究與應(yīng)用開發(fā),并準(zhǔn)備向下一個科研目標(biāo)“極純鐵(6N級)”發(fā)起挑戰(zhàn)。