[00993471]金属陶瓷及其梯度复合材料的SHS同时致密化制备技术

摘要：采用自蔓延高温合成与准热等静压同时致密化结合的方法研制了可满足使用要求的低密，度、高性能的TiC-Ni、TiB2-Cu基金属陶瓷和梯度功能材料。研究了TiC-Ni、TiB2-Cu基金属陶瓷材料的燃烧合成工艺、组织结构、力学性质、物理性质以及TiC-Ni、TiB2-Cu系梯度功能材料的热应力缓和行为。结果表明，工艺参数对TiC-Ni、TiB<,2>-Cu基金属陶瓷材料燃烧合成过程有着重要的影响，并得到了制备TiC-Ni、TiB2-Cu系材料优化的工艺参数；合成的TiC-Ni、TiB2-Cu系FGM组织沿厚度方向呈阶梯式梯度分布，Ni、Cu元素分成呈连续梯度分布，消除了宏观结合界面；合成的TiC-Ni、TiB<,2>-Cu基金属陶瓷材料导热系数随温度和组成基本上是呈线性增加的，该材料较低的热膨胀系数(7-9.92x10<'-6>℃)有利于缓和TiC-Ni、TiB2-Cu系FGM制备和使用过程中的热应力和变形；该金属陶瓷材料具有较高的抗弯强度、断裂韧性和优良的耐磨性；利用有限元方法综合分析了TiC-Ni、TiB2-cu系FGM热应力的大小与分布，并对燃烧合成法制备的TiC-Ni系FGM实际使用过程中的变形和热应力进行了模拟，结果表明TiC-Ni、TiB2-Cu系FGM具有明显的变形和热应力缓和效果。研究的TiC-Ni基金属陶瓷主要用作切削刀具、轧辊、丝和管拉模、发动机小轴瓦、密封环和阀门等，TiB2-Cu作为候选材料已通过严格的地面环境试验考核，可应用在导弹燃气舵、空气舵以及发动机喷管喉衬等极端热环境中。主要创新点：(1)自蔓延高温合成与同时致密化技术(SHS/PHIP)结合实现了烧结和致密化过程的一步完成；(2)TiCNi、TiB<'2>-Cu基金属陶瓷部分替代C-C复合材料和W-Cu材料，它比C-C材料的成本要低80％以上，比W-Cu材料的密度低2/3左右，实现轻质化、低成本化；(3)利用SHS/PHlP方法实现大尺寸TiC-Ni、TiB2-Cu系梯度功能材料的制备，微观组织的连续过渡。标志性成果：获2002年黑龙江省科技进步二等奖(排名第一)，申请国家发明专利2项(申请号：00133680.0，00134192.8)。在Mater.Sci.&Eng.A，2003，348(1-2)、Journal 0f Materials Science，2000.35(8)、Journal of Materials Synthesis&Processing，2000，18(1)、《高技术通讯》(2000，10)、硅酸盐学报》(2002，1)、《无机材料学报》(1999，2)、《粉末冶金技术》(1999，1)等期刊及会议上发表论文50余篇。