[发明专利]一种非晶纳米晶梯度功能材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于梯度合金材料制备技术领域，具体涉及一种非晶纳米晶梯度功能材料及其制备方法。

背景技术

梯度材料针对的是通过在材料中引入化学成分和(或者)微观结构参数呈现梯度变化而获得所需的特殊性能(Ilschner，1993)。自从1972年Bever M.B.创建“梯度材料”的概念后，利用梯度制备技术，材料在制造方法和性能可控方面取得了巨大发展(Bever and Duwez，1972；Ilschner，1993；Wang et al.，2002；Shibuya and Despres，2005；and2010；Tanaka et al.，2010)。最近，一些新的制造方法可以对材料的非匀质性进行可控调节，从而使材料总体的内斌的力学和物化性能达到超过任一组分和结构的更高标准。这类方法目前有晶相场法、燃烧合成法、表面复制法和Palmqvist法(Wang et al.，2002；Shibuya and Despres，2005；Genzer and Bhat.2008；and2010；Tanaka et al.，2010)。由于梯度材料具有独特的光学、电学、磁学、电磁学、自旋电子学、生物化学和热力学性能以及可通过梯度方法将这些性能进行耦合成新型的先进材料(Ishigu re et al.，1996；Wang et al.，2002；Guan et al.，2003；Kim et al.，2008；Kuma r et al.，2009；and2010；Tanaka et al，2010)，这类材料具有独特的应用，特别是在航空航天领域。总结以下主要有以下几点具体应用：(1)航空航天多电力飞行器集成动力装置(MEA-IPU)等高速高温发电、配电、用电系统，对该类材料性能的要求是：工作温度需要达到500-600℃，高速旋转的转子还承受500-600MPa的切应力；(2)无人驾驶战斗飞行器(UCAV)主推力发动机的内置起动器和发电机(IS/G)的定子、转子，其工作温度需要高于400℃，并受825MPa应力；(3)宇宙飞船动力系统(SPS)气体涡轮发动机的非接触磁力轴承，包括推力轴承和径向轴承的旋转元件，工作温度需要高达550℃；(4)高定向能武器系统(DEWS)的高能量密度功率电源和储能装置；(5)间隙式工作的武器系统，须提供峰值功率5MW，连续功率达350KW，储藏的能量每20000rpm达25MJ；(6)低功耗高灵敏度微型磁敏传感系统(如弱磁场检测器、应力敏感器、电流检测器等)，要求体积小于0.15mm³，分辨率高于1.0nT，高频(MHz-GH_Z)下功耗小于10mW，从零下150℃到零上300℃可稳定工作；(7)大功率脉冲变压器铁磁芯；(8)其它应用还有飞行器的二次电源系统，磁制冷的机电传动和控制元件等(Iwanabe et al.，1999；McHenry et al.，1999；McHenry and Laughlin，2000；Long et al.，2008；Jiang et al.，2009；Jiang et al.，2010)。因此，制备高性能的梯度材料引起更大的关注。

这些独特应用的需要导致需要进一步开发便捷有效的获得最佳性能的新型梯度材料的制备方法，特别是开发能够应用在以上提及的重要现代电磁设备等(如超敏感的磁传感器、空间发电机、变压器、磁力致动器和高密度的磁存储媒介)中的具有优异的磁性能和/或者电性能的梯度材料的研究领域，更是急需特种有效的梯度材料制备方法，达到两个以上的性能最优化(McHenry et al.，1999；McHenry and Laughlin，2000；Long et al.，2008；Miller et al.，2010)。

发明内容