一份973计划课题任务书（仅供参考）.doc

国家重点基础研究发展计划 973计划课题任务书 项目名称：超轻多孔结构创新构型的多功能化基础研究 课题名称： 课题编号： 中华人民共和国科学技术部制 200年月一、研究内容 多孔材料从材料基质上来分,包括多孔金属(泡沫、点阵构型)、多孔陶瓷和泡沫塑料（高分子）等三类，其中高分子作为夹心、金属作为蒙皮的复合超轻材料获得一定研究和应用，但对于金属／陶瓷复合构型，研究很少。与金属材料相比，陶瓷具有高的模量和压缩强度，如果将陶瓷点阵绗架（栅格）或超轻多孔陶瓷作为夹心，与金属蒙皮结合，或在金属点阵材料栅格间隙填充陶瓷锥形块体，制成金属／陶瓷复合型超轻多孔材料，将能够充分发挥陶瓷的高抗压强度和高模量特性以及金属的延性变形特性，预期材料将具有更高的比刚度、比强度，以及耐受爆炸冲击的能力和耐热/隔热性。此外，用电致伸缩陶瓷有规律替换绝缘点阵栅格中的部分绗架支杆，当施加不同外电场时，材料会发生特定扭曲变形。通过金属与陶瓷的复合构型设计，材料将具有一系列迥异于全金属多孔材料的新特性，在航空、航天、航海和国防军工中的高刚度耐热/隔热轻质结构件、轻质装甲、防弹衣、机电智能型舵机、随形蒙皮（外形能够根据速度和介质流场主动调控）等领域有广泛应用前景。 金属与陶瓷的物理性能差异大，金属／陶瓷复合构型的设计需要充分发挥二者优点，扬长避短。陶瓷的模量高、抗压强度大，但其脆性大、拉伸强度低，如何在结构设计时实现有效的载荷传递，避免陶瓷绗架承受大的拉应力，是本课题需要研究的一个关键问题。在金属／陶瓷焊接中如何避免大的残余应力，在保证足够的连接机械强度的同时，使陶瓷绗架支杆焊接点有一定塑性变形能力，从而避免载荷传递时陶瓷绗架支杆受到大的弯曲应力，也是本课题需要重点研究和解决的问题。 本课题拟解决的关键问题： 探索金属／陶瓷异质复合构型在外载荷作用下的载荷传递、变形、破坏行为及其与绗架结构、材料基本属性的关系； 揭示异质焊接界面的设计、形成、演变及破坏机理； 建立金属／陶瓷异质复合材料的一步焊接技术及焊接节点可靠性检测方法。 本课题的主要研究内容包括以下三个方面： 绗架、多孔和锥体三种陶瓷夹心的选材、结构设计和制备 绗架、多孔和锥体三种陶瓷夹心的材质范围集中于氧化锆、氮化硅、碳化硅、碳化硼等几种轻质、高强韧、高模量的典型材料。结合异质复合结构的有限元计算，以静定结构为主设计绗架的基本单元形态和单元特征尺寸，以常压烧结和原位反应方法制备材料。制备从纳米量级到亚毫米量级的系列多孔陶瓷，控制孔隙率不变，研究多孔陶瓷基本力学性能及其尺度效应。 陶瓷夹心与金属蒙皮的一次焊接成型及焊接界面梯度设计 研究陶瓷表面金属化的工艺和表面金属化层的结合性能。选择设计低熔点、高塑性焊料，对于陶瓷／铝材的焊接是研究重点。对于多孔陶瓷的焊接，为获得良好的结合强度和载荷传递性，对多孔陶瓷夹心的两侧进行深层金属化预处理，获得从表面到一定层深的金属梯度过渡。研究一次焊接成形中绗架和锥体结构的定位技术及焊料排布技术。研究对焊接结构的超声成像无损检测技术。 金属／陶瓷异质复合材料的静载和动载性能 对材料进行静弯、静压和冲击试验，研究材料的变形、破坏行为及其与材料结构的规律关系。重点研究外载荷在陶瓷夹心中的传递以及金属／陶瓷焊接接头处的应力状态、破坏形式。对于部分材料，与有关单位协作，开展抗爆、抗弹试验研究。以变温方式，研究材料的热稳定性和热冲击特性。以研究结果进一步指导材料结构设计和工艺优化。 研究特色与创新点： 提出和发展金属／陶瓷异质复合超轻结构，丰富了超轻多孔结构的设计思路； 建立对于多孔陶瓷表层进行金属梯度预处理技术，从而能够对于多孔陶瓷实施有效的焊接； 对金属／多孔陶瓷复合结构进行跨尺度性能研究，探索孔隙尺寸从几十纳米到亚毫米量级连续过渡带来的可能的性能突变行为。 二、预期目标 金属／陶瓷复合超轻构型是多孔材料研究的新领域。这种构型能够发挥金属的韧性、延展性优点，以及陶瓷的模量高、抗压强度高、电绝缘、低导热等特性，赋予材料有别于全金属结构的一些新特性。对于陶瓷夹心层结构和性能的设计优化，以及金属／陶瓷连接技术，是课题研究的关键。对于金属／陶瓷复合超轻构型结构、工艺和性能的深入研究，预期能够带来一些有创新性的新结果，在理论上和工程应用上都是十分有意义的。主要预期目标是： 科学研究目标： 建立适于金属／陶瓷复合构型的点阵绗架结构设计理论； 揭示外力在陶瓷夹心中的传递方式及破坏的速率效应； 探索金属／多孔陶瓷复合材料性能的尺度效应。 技术研究目标： 发展新的连接技术和超声成像无损检测技术； 针对高刚性、高耐压和抗爆、抗弹应用，开发几类典型金属／陶瓷复合超轻材料。 前两年研究目标： （1）对于模量差异大的异质复合构型，开展有限元计算分析，设计陶瓷绗架结构及特征尺寸；（2）研究轻金属（铝、