在超高温绝热材料领域,有一位穿梭于实验室与生产车间之间的科研者与创业者,他既有深厚的学术积淀,又怀揣将科技成果转化为产业动能的信念。他就是南京理工大学材料学院副教授、江苏和腾热工装备科技有限公司创始人刘和义。
深耕学术铸就材料领域“硬实力”
1976 年出生的刘和义,与材料学的缘分始于求学时代。2005 年 6 月,他从山东大学晶体材料研究所材料学专业博士毕业,带着对新型耐高温材料的探索热情,加入南京理工大学材料学院,从此开启了长达二十余年的科研深耕之路。
他的研究方向精准聚焦于超高温绝热材料领域,主攻氧化锆纤维及其制品、轻质节能微孔泡沫陶瓷两大核心技术。这两类材料是航空航天、蓝宝石单晶生长、先进陶瓷烧结等高端领域的“关键配角”,其性能直接决定了相关产业的技术高度与成本控制。为了突破技术瓶颈,刘和义带领团队反复试验、优化配方,在实验室里度过了无数个日夜。功夫不负有心人,他研发的两项氧化锆纤维制备核心技术分别通过山东省和江苏省科技成果鉴定,均达到“国际先进” 水平,研发的HT1800轻质节能微孔泡沫陶瓷新型炉膛材料的耐高温性能超越进口氧化铝纤维板,并获得广泛应用,为我国高端耐高温材料领域打破国外技术壁垒奠定了坚实基础。

在学术成果的积累上,刘和义同样硕果累累。作为发明人,他申请国家专利及软件著作权60 余项,其中已获授权发明专利 20 余项、授权实用新型专利 20 项、授权软著 8 项,每一项专利背后,都是他对技术细节的极致追求;在《美国陶瓷会志》(J. Am. Ceram. Soc.)等国际知名学术刊物上发表论文 30 余篇。
科研之外,刘和义还积极承担国家级、省级重大科研任务。作为第一负责人,他承担并完成国家军品配套课题1 项、省自然科学基金课题 1 项以及多项企业研发课题;作为主研人员,他先后参与国家军工 863 课题、国家自然科学基金等重大课题研究,在服务国家战略需求与推动产业技术升级的过程中,不断提升自身的科研视野与技术转化能力。
跨界创业让科技“落地生金”
作为一名高校教师,不只把论文写在期刊上,更要让技术走出实验室,解决产业实际问题。这是刘和义始终秉持的理念。在完成教学与科研工作的同时,他主动肩负起科技成果转化的使命,开启了从“教书匠” 到 “创业者” 的跨界之路。
2013 年,刘和义在江苏省苏州市张家港市创办江苏和腾热工装备科技有限公司,这是他推动科研成果产业化的重要一步。公司以南京理工大学的技术为依托,以研发轻质节能微孔泡沫陶瓷技术作为核心业务,致力于为高温窑炉制造、先进陶瓷烧结、单晶生长等行业提供高性能隔热材料解决方案。
创业初期,团队面临着技术转化、市场开拓等多重挑战。为了让实验室技术适配工业化生产,刘和义带领团队反复调试生产工艺,优化产品性能;为了打开市场,他亲自走访客户企业,了解实际需求,根据不同行业的工况特点定制产品方案。凭借着产品的硬核实力与团队的不懈努力,和腾热工迅速在行业内站稳脚跟。公司成立以来,先后荣获“张家港市领军人才” 重点项目、“姑苏领军人才” 重点项目、“中小型科技企业”、“江苏省高新技术企业”、“江苏省企业研究生工作站” 等多项荣誉资质,公司研发实力也持续提升,现已获授权发明专利 7 项、授权实用新型专利 18 项、授权软著 10 项。
产品破局引领轻质耐材替代革命
在和腾热工的产品矩阵中,HT1800 型微孔泡沫陶瓷与 HP1800 型纯氧化铝微孔泡沫陶瓷无疑是 “明星产品”,它们的出现,改变了高温隔热材料行业 “寿命长不节能、节能的寿命不长” 的痛点格局。
和腾热工微孔泡沫陶瓷材料采用独特的微孔发泡技术和微纳米级孔共存设计,形成了均匀分布的微闭孔结构。这种结构有效阻抑了热量的三种传递途径:固相传导、气相传导和对流辐射,从而实现了卓越的隔热效果。
与传统耐火材料相比,该材料具有显著优势。其导热系数较传统重质耐火材料显著降低,使用温度最高可达1800℃,长期1750℃,同时材料密度大幅降低,只有0.4~0.6g/cm3,有效减轻了炉体结构的承载负荷和炉膛蓄热量。独特的微孔结构加高温烧结还赋予了材料较好的抗热震性能,能够承受生产过程中频繁的急冷急热变化。
效果显著 推动高温工业绿色发展
随着工业节能要求的不断提高,微孔泡沫陶瓷高温绝热材料凭借其卓越的性能优势,正在成为高温工业节能改造的首选材料。这一创新材料的推广应用,将有力推动我国高温工业的绿色转型和可持续发展,为实现“双碳”目标提供重要的材料支撑。

在陶瓷烧结领域,HT1800微孔泡沫陶瓷新材料作为大型升降式窑炉内衬,已广泛用于95~99氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、锆芯水口滑板、ITO靶材等烧结,不仅实现了1700℃以上高温窑炉的大型化(炉膛跨度1.5米、高度2米、长度数米),炉膛材料长期使用不收缩、不塌顶,而且实现了良好的节能效果,与空心球砖炉膛内衬相比节能40%以上,炉膛轻质化、蓄热少,窑炉升降温迅速,提高了煅烧效率;同时确保了窑内温度的均匀分布,有效提升了产品品质的一致性。该新材料也可以作为推板窑、行车式隧道窑等连续烧结炉的第二或三层隔热材料,替代原来的空心球砖,可以降低25%左右的加热能耗,并且使得加热元件负荷大幅降低,断棒率大大减少,有效降低用户换棒成本;同时,因其良好的隔热效果,在推板窑启动时,升温非常快速。
在蓝宝石单晶生长和退火行业,HT1800微孔泡沫陶瓷新材料作为泡生法蓝宝石单晶生长炉隔热层(第二层),不仅降低能耗约30%,改善了温场稳定性,而且长期使用不收缩,使用寿命长,减轻了客户的炉膛材料更换成本。该新材料作为蓝宝石单晶退火炉的炉膛内衬,替代进口氧化铝纤维板,不仅不掉渣、无污染,而且使用寿命更长。在退火温度1740℃(仪表显示)保温数十小时的工况下,进口氧化铝纤维板使用不到1年即需更换,而HT1800微孔泡沫陶瓷的使用寿命可达4年以上。

微孔泡沫陶瓷高温绝热材料推广应用,与当前国家推行的绿色制造、节能减排政策高度契合。经实际应用数据测算,使用该材料的高温设备,平均节能效果可达25%-40%,二氧化碳排放量相应减少,可带来显著的经济效益和环境效益。
如今,刘和义依然在科研与产业的道路上稳步前行。从学术殿堂到产业一线,他用行动诠释着科研工作者的责任与担当,用材料科技的力量,为我国高端制造业的升级发展点亮了新的未来。
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2020.9.16-19
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中国工程院化工、冶金与材料工程学部院士
山东国瓷功能材料股份有限公司创始人之一
总部位于英国的上市公司
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研究员