电场激活辅助的功能陶瓷-金属梯度反应扩散连接机理及性能表征

设计了陶瓷-金属化合物-金属的梯度连接结构，采用机械合金化-电场激活及压力辅助的燃烧合成法实现功能陶瓷（TiB2，TiC，MoSi）与金属材料（Ni，Cu，Ti，NiCr合金）的连接。利用中间体材料（Ni-Ti-Al）在脉冲强电场下的等离子放电和反应热产生的高温促进连接界面原子（离子）的扩散动能和溶解结构的形成及连接。重点研究材料的制备工艺、机械合金化及脉冲电场能量对燃烧合成及反应过程影响的实时分析、材料的连接界面微观结构及其形成机制，接头的力学和物理性能分析及其表征。.研究工作将得到电/热/力多场耦合条件下梯度连接结构的形成机制及制备适应极端条件下服役的功能陶瓷-金属扩散连接新技术的基础理论成果，该成果对于发展陶瓷-金属低温、快速和高效节能的连接新技术，促进功能陶瓷等特殊材料的连接方法具有重要的科学意义，在航空航天、机械装备、能源、车辆及电子设备等制造技术方面具有广泛的应用前景。

按照项目任务书确定的研究工作计划，完成了计划的主要研究内容。采用电场激活和压力辅助技术，通过对TiB2-TiC-Ni, AlMgB14-TiB2 等复合陶瓷与金属Ni，Cu，Ti，Mb,Mo，Ta板的电场激活烧结合成和压力辅助同步反应扩散连接的实验；研究了超高硬度抗磨材料AlMgB14-TiB2复相陶瓷的合成及其与金属的同步反应扩散连接的试验。确定了在多物理场耦合条件下的复合陶瓷-金属梯度功能材料的制备工艺。表征了各个结合界面结构特征及其力学性能、复合材料表面硬度及其抗磨蚀性能。连接后复合材料具有较高的硬度和较好的韧性，表面硬度27~30GPa，断裂韧性为10~12MPa.m0.5，抗剪强度为70.9MPa。揭示了采用Ni3Al,TiAl作为过渡层实现同步反应连接的梯度溶解结构的形成过程；提出了复合材料在高温下生产表面氧化物和减小摩擦系数的观点。系统分析研究了异种材料在试验条件下材料界面反应扩散的热力学及动力学特征，反应扩散连接界面扩散溶解层的形成过程和微观结构特征及其对连接性能的影响。提出了实验条件下的界面活度系数和扩散系数的修正值。 .研究结果表明，FAPAS技术结合电场激活和压力扩散焊接的能量，具有快速、节能和界面结构有序的特点，研究成果可广泛用于机械工程、军械装备、航天技术等极端工况条件所需的陶瓷-金属梯度复合材料的开发研究。项目期间已发表研究论文21篇，均被SCI，EI检索，申请国家发明专利4项，已授权1项。