微纳复合技术扩大钨基材料应用领域

钨难熔金属因有高密度、高熔点等特殊性能而广泛应用于航天航空航海等领域，被国家列为战略物质。但是，随着近几年航天飞行器、电子设备等产业的高速发展，现有的钨材料性能已经无法满足要求，因为高温强度、韧性、抗烧蚀能力一般。针对上述的问题，中南大学粉末冶金国家重点实验研究者提出“纳米/微纳复合技术”，为钨基材料进一步扩大应用领域。

1、发明了新型细晶高性能钨基复合材料，推动于国防、新能源、电子等高端行业的发展。

现有钨基材料存在晶粒粗大、韧性低、规格尺寸小等缺陷，因而难以满足高端行业的发展要求。为解决这一难题，研究者提出“纳米原位复合”思想，发明金属盐溶液混合-快速喷雾干燥，实现粉末超饱和固溶和合金化，突破了传统钨和铜不相溶的理论禁锢与技术缺陷。利用“纳米原位复合”理论制备的合金材料晶粒细化、强度、延伸率分别比现有的钨合金提高4~10倍、30%和2~5倍。

中南大学粉末冶金国家重点实验与株硬集团联合攻关，通过技术装备集成创新，研制出系列高性能钨基复合材料和超大尺寸钨材，形成多种规格和品种产品，用于我国10多项重点、重大工程，为保障国家安全做出了重要贡献。

2、发明了全钨偏滤器，将我国钨材料研究推向国际最前沿领域。

作为全球最理想的能源装置，核聚变堆运行时面向等离子体材料因受高能等离子体长时间的轰击表面温度会上升到2000℃以上，这对材料高温性能和化学稳定性提出了极高的要求。钨因有高熔点和良好化学稳定性等优点，而成为未来聚变堆最理想面向等离子体材料，但是现有钨材晶粒粗大、性能差，难以满足服役要求。

针对这个问题，研究者提出“纳米/微纳复合增强-纳米梯度复合扩散连接”制备细晶全钨偏滤器部件。采用稀土氧化物和碳化物纳米/微纳复合增强钨，实现其高强韧和抗高热冲击，与现有钨材相比，抗热冲击性提高50%。采用纳米梯度复合扩散连接技术，实现钨与热沉结构材料高强度冶金结合，连接强度比传统提高2倍。

研究成果被国际钨领域权威刊物主编评价为“钨领域重大技术进展”，国际核聚变权威机构法国原子能委员会评价“为全钨偏滤器提供全新技术途径”，将我国钨研究引入国际最前沿。

3、发明了超高温轻质难熔金属基复合材料，为新型航天设备发动机提供耐高温材料保障。

飞行器在近地空间长时间飞行时，其前端关键部件表面将产生2000~3000℃的高温，同时须承受强表面氧化和高动压高过载的冲击。这对新一代热端构件提出了更高的综合性能，如优良的高温强韧、较强的抗氧化能力与轻量化等。

针对这一需求，研究者提出了“微纳复合”思想，采用超高温陶瓷相微纳复合增强难熔金属，在此基础上开发出表面原位自生长热防护涂层，最终制备出高性能难熔金属基复合材料。其高温强度比现有超高温材料提高5倍，密度降低1/2；经风洞和发动机反复考核，材料基体无破坏、表面近零烧蚀，实现了难熔金属高温强韧、长时间抗烧蚀和轻量一体化。

该技术成果为我国飞行器研制提供关键高温材料保障，同时拓展应用于航空航天，满足了发动机耐3000℃以上强冲刷、抗冲击和抗烧蚀要求，成为多项国家重大高新工程定型产品。

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