[00923636]纳米粉体调控提高陶瓷材料及其涂层的性能研究

该项目属于自然科学中材料科学与工程领域，以氧化物陶瓷及其涂层为研究对象，突破常规观念，提出了初始粉体成分、组织和工艺设计与调控的新概念，进而通过纳米改性和纳米结构粉体等离子处理使设计理念变为现实成功制备出了力学性能十分优异的氧化铝基陶瓷复合材料，揭示了初始粉体调控对陶瓷材料强韧的微观机理；将国际上先进的纳米陶瓷涂层制造技术与纳米改性相结合，突破纳米合金化、纳米粉再造粒、粉体特殊致密化和纳米晶粒长大控制等关键技术，制出了可热喷涂纳米结构陶瓷粉体和高性能陶瓷涂层，并揭示了其强韧、耐磨、抗蚀、抗热震机理；采用等离子喷涂和激光重熔复合技术成功制备出纳米结构Al<,2>O<,3>/TiO<,2>激光重熔涂层，揭示了不同激光重熔工艺对重熔涂层显微组织结构及性能的影响及其作用机理。项目主要研究内容及特点1.调控粉体结构制备高性能陶瓷及其强韧机理研究高性能结构陶瓷已逐步成为工业技术领域不可缺少的关键材料。但高性能结构陶瓷有着致命的缺点脆性大和可靠性较差。从而限制了其相关特性的发挥和实际应用。该项目就是针对结构陶瓷脆性大和可靠性较差的共性关键科学问题开展了研究。课题组的研究是在制备工艺过程中调控粉体组织结构，使得材料的硬度、弹性模量、抗弯强度、断裂韧性同时大幅度提高，使其产生了较大的应用前景。该研究旨在揭示由常规造粒粉体从粉体高温烧结和等离子烧结再造粒直至粉体成形烧结制备出高性能结构陶瓷材料过程中的烧结机理、组织演变机理、强韧化机理，目的是为解决陶瓷材料韧性低的问题、为造就出更高性能的新一代结构陶瓷材料提供理论和实验依据。2.纳米结构喂料和纳米结构陶瓷涂层的制备及其强韧机理研究刚进入21世纪，美国海军宣布一种革命性的新涂层-纳米结构热喷涂陶瓷涂层已通过多方各种检验和试用，获得了美国海军的应用证书，并被广泛应用于军舰、潜艇、扫雷艇和航空母舰上的近百种零部件。该项目为赶超国际领先水平，从初始粉体入手，将最先进的纳米陶瓷涂层制造技术与纳米改性相结合，研究可喷涂纳米结构喂料的制备与表征、纳米结构陶瓷粉体材料的纳米合金化和特殊致密化技术、纳米结构陶瓷涂层的制备与性能分析、可喷涂纳米结构喂料和纳米结构陶瓷涂层制备过程中的晶粒长大控制技术、纳米结构涂层的强韧、耐磨、抗蚀、抗热震机理等。这种先进涂层适用领域极为广阔，可以有效解决各种机械零部件因磨损、腐蚀和表面疲劳等造成的材料损失和能源消耗。3.纳米结构Al<,2>O<,3>/TiO<,2>喷涂涂层的激光重熔组织和性能研究为进一步提高热喷涂涂层的性能，采用等离子喷涂和激光重熔复合技术制备出纳米结构Al<,2>O<,3>/TiO<,2>激光重熔层，研究了热喷涂陶瓷涂层在激光重熔过程中的组织结构演化和强韧化机理。表明激光重熔能够使得涂层与基体达到较好的冶金结合，提高了涂层的致密度，使涂层硬度提高60%以上。