新型晶须增强层状陶瓷结构的冰模板构建法及其金属复合材料的性能研究

陶瓷/金属微叠层材料能够综合金属材料低温韧性好和陶瓷材料的高温承载能力强的优点，是一种非常有潜力的高温结构材料。然而，目前其制备成型工艺还不成熟，性能还不能完全满足人们的要求，这严重限制了其应用。基于此，本项目开展用冰模板法结合熔融浸渗法制备新型、高性能的晶须增强陶瓷/金属微叠层材料的研究,使微叠层材料具有仿贝壳"砖-桥-泥"结构。研究分为两部分，第一部分是用冰模板法制备晶须增强陶瓷骨架，并通过调控冷冻速率、原料配比、晶须尺寸等手段控制晶须和陶瓷颗粒的自组装，探索自组装过程的规律和机理，优化工艺参数，可控制备具有仿贝壳"矿物桥"结构的晶须增强陶瓷骨架。为冰模板技术的进一步应用提供理论基础。第二部分是将陶瓷骨架浸渗熔融金属，制备陶瓷/金属微叠层材料，对其进行微观结构表征和性能测试，优化复合工艺，分析金属层和晶须的叠加互补强韧化机制，为制备高性能陶瓷/金属微叠层材料提供理论指导。

具有仿贝壳层状结构的陶瓷/金属微叠层材料能够综合金属材料低温韧性好和陶瓷材料的高温承载能力强的优点，是一种非常有潜力的高温结构材料。然而，目前其制备成型工艺还不成熟，性能还不能完全满足人们的要求，这严重限制了其应用。前人的研究表明，“矿物桥”结构是贝壳具有优良力学性能的主要原因之一，因此，模拟贝壳"砖-桥-泥"的结构是改善陶瓷/金属微叠层材料力学性能的一个潜在途径。本项目采用冰模板法结合熔融浸渗法成功制备了具有仿贝壳“矿物桥”结构的晶须增强陶瓷/金属微叠层材料，并证明了相比于传统的陶瓷/金属微叠层材料，晶须增强陶瓷/金属微叠层材料的宏观力学性能有明显的提高。同时，采用试验和模拟计算相结合的方法，对陶瓷/金属微叠层材料的残余应力、组元层力学性能进行了较为精确的分析。此外，开发了两种材料高温氧化性能测试设备，并对陶瓷/金属微叠层材料的氧化性能进行了表征。本项目的研究为制备高性能陶瓷/金属微叠层材料提供了技术支持和理论指导。