[00868791]连续梯度材料的共沉降可控制备新技术及其在动高压领域的应用

该项目属于材料科学领域。涉及非金属-金属、金属-金属、非金属-非金属等组分、结构连续变化的梯度材料的制备技术与应用。梯度材料是一类具有组成、结构或性能连续变化特征的非均匀复合材料，它具有原有单一材料组元或均匀复合材料所不具备的特殊性能，可满足苛刻使用环境的需求，在高技术领域应用前景广泛。核禁试后，急需获取“特殊物质”在类同“核爆近区”状态下的实验数据，创建非核条件下的超高压技术平台成为当务之急。“超高速飞片撞击技术”具有加载时间和空间尺度大、实验成本低等优势，是美国圣地亚和劳伦斯利弗莫尔国家实验室的首选技术，不仅是当今研发热点，也是国外封锁的重点，而波阻抗连续变化的梯度飞片则是实现超高速撞击技术的核心。随着动高压加载和其他领域对梯度材料日趋苛刻的要求，以往的制备技术因可控与重复性差，难以获得特定性能要求的组分连续、结构致密的梯度材料，导致梯度材料的功能发挥受到极大的限制。该项目以创建具有普适性的共沉降技术制备连续梯度材料为目标，经过三个五年计划的攻关和应用验证，获得如下发明成果：1．创建了共沉降可控制备连续梯度材料的技术设计理论，发明了共沉降可控制备技术，并通过制备多材料体系验证了其可靠性和普适性。2．发明了组分结构连续变化梯度材料的成形与控制技术，其“激光反射像点粒度测量”和“固相物质在悬浮液中分散性的测定”两项专利，为创建的共沉降可控制备连续梯度材料的设计理论提供了实施与控制手段；3．发明了“烧结助剂添加量渐变技术”，提出梯度材料“分段裁剪与整体链接”思路，形成了多材料体系、组分范围宽、物性差异悬殊梯度材料的整体致密技术。发明点1是该项技术的基础与核心，发明点2和3为发明点1的实施提供了方法与可控技术手段。通过集成创新，研发出连续梯度材料的成套制备系统，成功制备出满足以使用环境为目标函数之设计要求的非金属-金属、金属-金属、非金属-非金属等体系梯度材料。波阻抗梯度飞片是该技术发明与应用的典型实例。通过梯度飞片对二级飞片近似等熵的能量传递和动态加载，驱动二级飞片达到16km/s以上的超高速度和平面对称碰撞，实现了类同“核爆近区”的超高压和高温状态，并在国际上首次获得重金属Ta、Pt在0.83TPa和1.09TPa超高压下物态方程的精密物理测量数据，为创建超高压技术平台提供了关键材料和技术支撑。梯度飞片已实现批量稳定制备，并在国家重大工程和专项中得到了重要应用，解决了中国国防非核研究能力建设的重要难题和重大需求，社会效益巨大，而且节省了数亿元设备和实验经费；作为该技术发明的应用辐射，部分专利也已用于信息材料、功能高分子材料的规模化生产，获得7000多万元的经济效益。项目获国家授权发明专利3项、实用新型专利1项，并获湖北省技术发明奖与自然科学奖一等奖各1项，在国内外知名学术期刊上发表论文20余篇。