“新天工开物”：先进金属多孔材料打造现代工业“通透之骨”

“多孔藏力，通透载能”。金属多孔材料具备高孔隙度、高通透性、低密高强等特性，是应用在航空航天、核电、石油化工、煤化工、钢铁冶金、先进制造等领域的流体管理“骨架”材料。

近日，在“新天工开物——科技成就发布会”金属材料专场上，钢研华普科技有限公司团队带来的“先进金属多孔材料”引发关注。

据中国金属学会常务副理事长田志凌介绍，我国自主技术创新的先进金属多孔材料已在多个领域投入应用。“金属多孔发汗面板填补了国内空白，是‘长征系列运载火箭’和‘神舟’飞船等诸多国家重点工程的关键材料。高精度长寿命核电用金属滤材立足核电设备国产化，实现了滤芯制备关键核心技术突破，在核电机组上批量应用。高温耐蚀金属过滤材料，支撑了拥有自主知识产权的汽油吸附脱硫装置的开发应用，助力我国汽油吸附脱硫技术达到世界领先水平。”

“解决真问题，不仅需要坐得住冷板凳，更要有把冷材料做成热产业的决心。”钢研华普科技有限公司副总工程师杨军军认为，先进金属多孔材料的国产化创新，将会架起现代工业的“通透之骨”，有效促进绿色、高效、可持续发展。

自主突破 打造石化产业“工业金属肺”

为推动雾霾污染治理，我国通过升级汽油标准，推动车用汽油低硫化，以降低汽车尾气排放污染。目前我国生产低硫汽油主要采用的是催化汽油吸附脱硫技术。

钢研华普科技有限公司副总工程师杨军军告诉记者:“这种技术的原理就是通过引入吸附剂将油气中的各种硫化物吸附到吸附剂上，从而降低汽油中的硫含量。然后通过过滤器将油气与吸附剂分离，这样不仅保证了汽油产品质量，还能使吸附剂进入再生系统进行再生从而可以循环使用。”

然而，在2007年全国首套国外进口的S Zorb装置正式投产只有3个月时，就遭遇了因为滤芯开焊脱落而停工的重大困境。

由于没有自主设备与配件，当时企业只能寻求国外技术人员支持来进行维修更换滤芯。进口一套新滤芯，费用昂贵、供货周期长、故障修复时间长等问题不说，在实际运行中依然无法满足安全运行和满负荷生产的要求。

为了打破僵局，中石化与钢研华普开展联合攻关，对汽油吸附脱硫装置用金属多孔滤材及关键过滤器开展了国产化研究。钢研华普团队依托多年粉末冶金技术积累，攻克材料、结构、工艺等多重难题。

“通过重点攻关，升级出了一个我们自己的‘工业金属肺’。”杨军军表示，新研制出来的金属多孔滤芯，“既能节省采购维修成本，减少装置检修和停机，还能满足吸附脱硫装置的满负荷生产运行，产生更好的经济社会效益，一举好几得！”

创新之路 一个三明治激发“多层复合”创意

回忆起当年的研发之路，给杨军军留下最深印象的，竟然是一个“三明治”。

金属多孔滤材及金属过滤器，在S Zorb装置中应用，要面临极其苛刻的使用工况要求。“元件尺寸不能太大，还要有反吹再生性能；需要在400℃温度下，40个大气压的高压环境下；比头发丝还细几十分之一的吸附剂颗粒要被完全拦截；每小时还需要处理135吨的汽油量。”特别是如何化解“高精度、大通量”这对“过滤冤家”，让杨军军和团队的同事们着实犯了难！

当时，在优化多孔滤材的表面膜层粉末粒度和膜层厚度过程中，始终无法匹配所有要求。一天，在完成了新一批多孔滤材样品的检测试验后，错过午饭时间的杨军军和同事们，临时买了三明治作为午餐，大家边吃边闲聊着滤材过滤效率不理想的原因。

突然，有人拿着三明治问杨军军:“杨博士，你看咱们的多孔滤材能不能做成像这个三明治一样，用多层结构来同时实现滤芯精度、通量和强度三种性能的最佳匹配呢？”

一语道破天机。杨军军和同事们把“三明治灵感”整理成试验思路，采用“支撑层+骨架层+过滤层”的多层结构形式，通过支撑层保证强度、骨架层保证通量，过滤层保证精度的方式一下子就取得了出奇好的效果。“多层复合金属多孔滤芯”的原型由此而成。

钢研华普团队对吸附脱硫装置中金属过滤器的关键核心零部件更新升级，对金属多孔滤芯及其配套组件的结构形式、连接形式等进行了多项优化创新，实现了“工业金属肺”的自主更新换代。

面对一些企业对自主新产品的质疑，“敢于吃螃蟹”的钢研华普团队用实力证明了其产品的性能达到国际先进水平，最终获得了行业的高度认可。

金属多孔滤材，这项具有完全的自主知识产权的攻关成果，助力产业摆脱对国外同类产品的依赖，大幅度降低设备采购和维修成本，保障了高标号汽油大规模稳定生产，促进了我国催化汽油吸附脱硫技术的推广应用。

技术拓展 打造多产业支撑的“通透之骨”

先进金属多孔材料，既发挥了“孔”独有的通透特性，又具备高强度的金属骨架。汽油吸附脱硫的“工业金属肺”，只是其在众多领域的应用案例之一。

在煤化工领域，钢研华普同样研发出了与产业需求匹配的“工业金属肺”——飞灰金属过滤器及金属间化合物多孔滤材，形成了一系列核心专利技术，成为国家制造业单项冠军产品。

“我们完全解决了煤化工高温高压腐蚀环境下工程应用的行业痛点，为行业中的客户累计减少装置停机损失超百亿元。”杨军军自豪的介绍，“该产品拥有国际专利，性能达到了世界领先水平，击败了国外竞争对手，实现了对多个国家的出口！”。

在核电、航天、氢能等战略及新兴产业领域，先进金属多孔材料同样扮演着关键角色，发挥着重要作用。

原创开发的核电站高精度全金属水滤芯，从材料上解决了进口玻璃纤维滤芯使用中存在的因纤维脱落和可溶性硅析出而造成水质二次污染的难点、卡点，产品的测试性能与进口玻纤滤芯相当，满足了核电产品的安全及国产化需求。

钢研华普重点打造氢能生态，布局清洁能源，其自主研发的金属多孔材料产品在氢能领域实现了成功应用，获得了重点新材料首批次应用示范奖励。

当下，人工智能时代正在颠覆传统业态发展模式，多学科创新、跨界融合产业生态正在蓬勃发展。面向未来，先进金属多孔材料也将有更具想象力的广阔应用前景

在杨军军看来，未来在新能源转型、环境保护及健康医疗等新兴产业应用场景上，金属多孔材料将实现新一轮的发展。他说，我们“将依托材料基因组工程大数据平台、工业物联网等新兴技术，提供数智化的多孔材料全生命周期解决方案。”以“通透之骨”重塑现代工业结构体系，为支撑相关产业的高质量可持续发展做出贡献。