[发明专利]一种可加工的陶瓷/金属梯度结构材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种可加工的陶瓷/金属梯度结构材料及其制备方法，陶瓷材料包括AIN和BN，金属材料包括高熔点金属Mo，方法包括：按照设计的梯度组分、梯度层数及每层中各组分含量将所需的金属、陶瓷粉末混合，得到各梯度层原料，堆叠各梯度层原料并压制成形，使陶瓷粉体质量分数沿轴向对称从内至外在100‑0％之间呈连续梯度变化，利用粉末冶金结合放电等离子活化烧结，制得维氏硬度＞9GPa，断裂韧性＞4.5MPa·m^1/2，可加工性能良好且氦漏率＜1×10^‑11Pa·m³/s，抗弯强度＞400Mpa，电阻率＞8×10⁶Ω·cm的陶瓷/金属梯度结构材料，实现了材料整体致密化和陶瓷表面金属化，有助于陶瓷/金属连接，提高材料耐腐蚀性、密封性及稳定性，并在此基础上进一步加强了其可加工性能。

技术领域

本发明属于密封材料技术领域，具体涉及一种可加工的陶瓷/金属梯度结构材料及其制备方法。

背景技术

现有的清洁能源技术例如风能、太阳能、潮汐能等具有间歇性和波动性的特点，无法直接并入已有的电网使用，高效率分布式储能可以有效地克服这些缺点，大幅度提升新能源的利用效率和电能质量，是构建智能电网的关键技术之一，储能电池高效灵活、管理方便，是分布式储能技术的最佳选择。

近几十年来，以液态金属电池、ZEBRA电池等为代表的高温电池出现在人们视线中，因其低廉的成本、高能量效率和安全性，被视为最有应用前景的储能电池技术，高温电池避免使用昂贵的电催化剂和复杂的气体重整系统，而采用了电化学当量较小的碱金属负极材料，因此其对于密封材料有着极为苛刻的要求，长效高温密封绝缘材料是制约其寿命的瓶颈之一，现有的高温电池技术受运行寿命的影响，难以实现电力储能的广泛应用，发展长寿命、耐高温、耐腐蚀、易加工的密封材料，借以实现高温电池的长效稳定运行的新技术势在必行，基于长效高温密封绝缘材料的需求，陶瓷材料和金属材料虽然各自都拥有着独特的优良性能，但在实际的生产应用中，其无法同时满足对于多种性能的严格要求。

陶瓷材料具有强度高、硬度大、良好的绝缘与耐腐蚀性等优点，在超高温材料领域有着广泛的应用，但超高温陶瓷存在烧结困难、断裂韧性较差、加工困难等缺点，限制了其实际应用；高温金属材料主要以难熔金属及其合金为主，包括W、Mo、Nb、Ta、Hf等，这些金属普遍具有良好的断裂韧性、抗热冲击性能以及良好的高温力学性能等优点，但是这些金属的价格较高，并且耐腐蚀性差，抗蠕变性能差，其中应用最广泛的钼合金及其金属间化合物材料存在室温脆性，导致其加工非常困难，也无法作为高温电池的密封材料。陶瓷-金属复合材料的出现结合了陶瓷材料和金属材料的优势，并互相弥补了对方的缺点。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的如何提供一种具有较强高温稳定性、耐腐蚀性、绝缘密封性以及加工性能良好的陶瓷/金属梯度结构材料的技术问题，本发明提供一种可加工的陶瓷/金属梯度结构材料，制备所述梯度结构材料的原料包括微米级氮化物陶瓷以及纳米级Mo；

所述结构材料为叠层结构；将所述氮化物作为中间层，在所述氮化物上、下两端分别设置具有相同质量分数的氮化物和Mo层。

优选的，所述氮化物陶瓷包括AIN和BN。

优选的，所述方法包括以下步骤：

步骤1：混合：按照设计的梯度组分、梯度层数以及每层中各组分含量将所需的金属和陶瓷粉末混合形成各梯度层原料；

步骤2：压制：堆叠所述各梯度层原料并压制成形，使陶瓷粉体质量分数沿轴向对称，从内至外在100-0％之间呈连续梯度变化；

步骤3：烧结：利用粉末冶金结合放电等离子活化烧结制得权利要求1-2中任一所述的陶瓷/金属梯度结构材料。

优选的，所述步骤1中梯度层数为5-20层。