微納複合技術擴大鎢基材料應用領域

鎢難熔金屬因有高密度、高熔點等特殊性能而廣泛應用于航天航空航海等領域，被國家列爲戰略物質。但是，隨著近幾年航天飛行器、電子設備等産業的高速發展，現有的鎢材料性能已經無法滿足要求，因爲高溫强度、韌性、抗燒蝕能力一般。針對上述的問題，中南大學粉末冶金國家重點實驗研究者提出“納米/微納複合技術”，爲鎢基材料進一步擴大應用領域。

1、發明了新型細晶高性能鎢基複合材料，推動于國防、新能源、電子等高端行業的發展。

現有鎢基材料存在晶粒粗大、韌性低、規格尺寸小等缺陷，因而難以滿足高端行業的發展要求。爲解决這一難題，研究者提出“納米原位複合”思想，發明金屬鹽溶液混合-快速噴霧乾燥，實現粉末超飽和固溶和合金化，突破了傳統鎢和銅不相溶的理論禁錮與技術缺陷。利用“納米原位複合”理論製備的合金材料晶粒細化、强度、延伸率分別比現有的鎢合金提高4~10倍、30%和2~5倍。

中南大學粉末冶金國家重點實驗與株硬集團聯合攻關，通過技術裝備集成創新，研製出系列高性能鎢基複合材料和超大尺寸鎢材，形成多種規格和品種産品，用于我國10多項重點、重大工程，爲保障國家安全做出了重要貢獻。

2、發明了全鎢偏濾器，將我國鎢材料研究推向國際最前沿領域。

作爲全球最理想的能源裝置，核聚變堆運行時面向等離子體材料因受高能等離子體長時間的轟擊表面溫度會上升到2000℃以上，這對材料高溫性能和化學穩定性提出了極高的要求。鎢因有高熔點和良好化學穩定性等優點，而成爲未來聚變堆最理想面向等離子體材料，但是現有鎢材晶粒粗大、性能差，難以滿足服役要求。

針對這個問題，研究者提出“納米/微納複合增强-納米梯度複合擴散連接”製備細晶全鎢偏濾器部件。采用稀土氧化物和碳化物納米/微納複合增强鎢，實現其高强韌和抗高熱衝擊，與現有鎢材相比，抗熱衝擊性提高50%。采用納米梯度複合擴散連接技術，實現鎢與熱沉結構材料高强度冶金結合，連接强度比傳統提高2倍。

研究成果被國際鎢領域權威刊物主編評價爲“鎢領域重大技術進展”，國際核聚變權威機構法國原子能委員會評價“爲全鎢偏濾器提供全新技術途徑”，將我國鎢研究引入國際最前沿。

3、發明了超高溫輕質難熔金屬基複合材料，爲新型航天設備發動機提供耐高溫材料保障。

飛行器在近地空間長時間飛行時，其前端關鍵部件表面將産生2000~3000℃的高溫，同時須承受强表面氧化和高動壓高過載的衝擊。這對新一代熱端構件提出了更高的綜合性能，如優良的高溫强韌、較强的抗氧化能力與輕量化等。

針對這一需求，研究者提出了“微納複合”思想，采用超高溫陶瓷相微納複合增强難熔金屬，在此基礎上開發出表面原位自生長熱防護塗層，最終製備出高性能難熔金屬基複合材料。其高溫强度比現有超高溫材料提高5倍，密度降低1/2；經風洞和發動機反復考核，材料基體無破壞、表面近零燒蝕，實現了難熔金屬高溫强韌、長時間抗燒蝕和輕量一體化。

該技術成果爲我國飛行器研製提供關鍵高溫材料保障，同時拓展應用于航空航天，滿足了發動機耐3000℃以上强沖刷、抗衝擊和抗燒蝕要求，成爲多項國家重大高新工程定型産品。

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