全省惟一的双创冠军

在今年举行的第五届山西省“互联网+”大学生创新创业大赛中，中北大学“陶醉科技——四元首陶”项目一举夺魁。

该项赛事历时3个多月，从来自全省71所高校12703个参赛项目、7.4万余参赛人次，到745个晋级省赛项目，再到240个优胜项目，以及最终全省总决赛，中北大学“陶醉科技——四元首陶”项目团队一路过关斩将，最终脱颖而出。颁奖仪式上，省教育厅厅长吴俊清亲自给他们颁奖，并竖起大拇指，给了一个大大的赞。

“从校赛到省赛，在省赛中又经历了小组赛、复活赛、排位赛、冠军争夺战的激烈角逐，最终能获得全省冠军，证明我们的研究成果得到了大家的认可。”得知项目获奖的消息时，远在美国的指导老师、中北大学材料科学与工程学院李玉新教授高兴地说。他正在美国内布拉斯加大学林肯分校作访问学者。

“去年我们在省赛排位赛中也取得了第一的好成绩。”团队另一位指导老师、中北大学教务处副处长高春强告诉记者。

李玉新回忆说，项目研究始于2013年，当时他在实验中将钛粉与膨化剂等材料按比例混合，在一定条件下烧结，得到了一种金黄色物质，仔细研究分析后，结果让他和团队成员十分惊喜。“这种金黄色物质中除了含有钛元素和硼元素，竟然也含有了氮、碳两种元素。”这次发现奠定了李玉新团队之后5年多时间的研究方向——四元陶瓷材料（TiBCN）。

一种全新的陶瓷材料问世

5年多来，李玉新与团队成员在实验室埋头钻研，一次又一次在研究中寻求更符合市场实际需求的陶瓷材料。

“常见的材料大体可分为几个类型，如金属材料、复合材料、高分子材料、陶瓷材料等。”李玉新介绍说，陶瓷材料是其中一种类型的材料，TiBCN就是指含有钛、硼、氮、碳四种有效元素的新型陶瓷材料。

“研发过程中，如何实现硼、碳和氮元素成分的有效控制及如何有效去除合成粉末中的杂质元素，是团队的棘手难题。”团队技术负责人、中北大学材料加工工程专业研究生张宏建回忆说，“在老师指导下，我们每天泡在实验室，调整了很多次粉末成分及工艺参数，并不断测试其性能，才最终获得符合各领域的陶瓷粉末材料。”

5年多时间，他们获得了7项专利，发表了10余篇高水平学术论文，更令他们自豪及有成就感的是，四元陶瓷材料的研发圆满成功。当最终确定他们合成了四元陶瓷材料，而且还具有其它二元、三元陶瓷材料所不具备的优良性能时，李玉新和团队成员激动不已。

“目前市场上主要以二、三元陶瓷材料为主，但这些材料在硬度、电阻率、热传导率和超导性能等关键性能上，都不能很好地满足应用领域的需求。”李玉新带领团队成员坚持“两手抓”——一方面在实验室埋头搞研究，另一方面深入市场广泛调研。他说，以涂层领域为例，应用材料需具有热传导率低、高硬度、高耐磨、耐腐蚀、耐氧化等性能，而市场上的二元陶瓷（TiC）热传导率高、抗氧化性低，三元陶瓷材料（TiCN）抗氧化性低，均无法满足这一领域的要求。

新研发的四元陶瓷材料在很大程度上解决了目前市场难题。“TiBCN由钛、硼、碳、氮这四种元素结合，形成面心立方晶体结构，保证了新陶瓷材料的高硬度、耐磨性以及高熔点等特性。”李玉新说，与二、三元陶瓷材料相比，TiBCN硬度提高了20%，热传导率降低了35%，电阻率极低。

一种全新且符合市场需求的新陶瓷材料正式问世。“首创的四元陶瓷材料，不仅性能优良，而且研发技术绿色无污染，还能大大减少企业的额外花费，提高生产效率。”高春强对项目发展充满信心。

从实验室到市场的成功与困惑

“我们实验室有制备陶瓷粉末的成套设备，但所生产产品，目前还只能满足小批量应用。”李玉新告诉记者。研究成果有了，他们却遇到了相当部分高校科研成果同样的壁垒——产业化推广。

李玉新团队合成的新的四元陶瓷材料，可应用于激光熔覆涂层材料领域、3D打印材料、电极材料、切削刀具材料等。靠着实验室内的小批量生产，目前已经在西山煤电、晋西车轴、北方机械厂、山西省黄河万家寨水务集团、山西玉华再制造科技有限公司等企业得到了应用，北京、江苏、四川等省市甚至澳大利亚、意大利等国家也有部分需求与应用。

“这种四元陶瓷材料如果能全面开发，将会引起高精端行业内新一轮的原料替代。”李玉新自信满满，这种自信也被实际中的应用予以佐证。在西山煤电，液压支架利用TiBCN粉末修复后硬度可达54HRC以上，使用寿命提高4倍以上；在晋西车轴，用TiBCN粉末对精锻机锤头进行了激光熔覆修复，修复前轧制7000-8000根车轴，修复后轧制1万根以上；在北方机械厂，电机转子轴轴颈发生局部磨损，更换新的需十几万元到几十万元，采用TiBCN粉末修复仅需不到1万元就可恢复原来的性能。

任何一项研究成果背后都有难以想象的付出。李玉新团队以他的研究生和部分本科生为主，前后有15名成员参与，他们都在其中收获、成长。“各有优势，分工明确，同时可以储蓄科研力量，也是落实学校成长导师政策的具体做法。”张宏建说。“5年多来，团队成员几乎每周都有两三天熬夜到凌晨。”田琦从大一就申请加入了，她是中北大学材料成型及控制工程专业2017级学生、团队核心成员之一。

“下一步，我会带领团队再接再厉，争取国赛金奖。”李玉新说，团队成员需要更大的舞台去磨炼，研究成果也需要更多的平台进行展示和推广。“希望能有更多的关注，解决研究成果产业化推广的难题。我们也会在关键技术不改变的前提下，进一步调整工艺参数，生产最佳的特定领域粉末，实现专粉专用。”

本报记者李林霞 本报通讯员王钰冰 郭浩君