关键词：微波烧结原理进展
中图分类号：TK11文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）14-0053-03
ThePrincipleandDevelopmentofMicrowaveSinteringTechnology
FangKe；FangLi
（SchoolofMaterialsScienceandEngineering，WuhanInstituteofTechnology，Wuhan430073，China）
Abstract:Microwavesinteringisanewtypeoftechnology，ithasgreatdevelopmentprospectinthefieldsofceramicmaterialsandpowdermetallurgyetc.,anditisgreatlypossibiletobecomethemainmethodofmaterialpreparationinthenewcentury.Thetechnologyofmicrowavesinteringhasmanygreatadvantagessuchasmuchhigherspeed,lowerenergyconsuming,moresafety,nopollution,andsoon,soithassignificanteffectonthedevelopmenteconomicandsocietyinourcountry.Theoriginandevolvement,theprinciple，uniquecharacter，equipment,researchadvanceofthetechnologyarereviewedinthispaper.
Keywords:microwavesintering；principle；development
0引言
微波烧结是指采用微波辐射来代替传统的外加热源，材料通过自身对电磁场能量的吸收（介质损耗）达到烧结温度而实现致密化的过程。二十世纪50年代美国的VonHippel在材料介质特性方面的开创性研究为将微波加热应用于材料烧结奠定了基础[1]；从60年代至90年代，各国研究人员对微波烧结原理、特点和应用等各方面开展了广泛、深入和系统的研究，积累了大量数据和经验，逐渐认识和掌握了这项新型技术，其环保、节能、高效等诸多优点激起众多材料研究人员的兴趣和研究热情，得到各国政府高度重视；90年代后期，微波烧结进入产业化阶段，美国、加拿大、德国等发达国家开始小批量生产陶瓷产品[2-4]。
1微波烧结原理
微波烧结技术是基于物质与电磁场相互作用中产生热效应的原理。当材料的基本细微结构与特定频率的电磁场耦合时，内部微观粒子响应电磁振荡，热运动加剧，材料发生介质损耗，吸收微波能转化为热能。将微波加热原理应用于传统烧结工艺，就是微波烧结。在微波烧结中，因存在电磁场作用，材料介电性能、磁性能以及导电性能等特性对烧结效果具有重要影响[5，6]。
1.1介质材料在外加电磁场作用下，介质材料中的极性分子会受到电场力作用，从原来的随机分布状态转变为依照电场方向取向排列。高频电磁场每秒交替变换几亿次，分子排列取向周期往复改变，发生剧烈运动，电磁能不断被损耗，转化为粒子剧烈运动的动能，材料温度升高。介质材料在电磁场的作用下会产生电子极化、原子极化、偶极子转向极化和界面极化等介质极化，各类极化建立和消除的时间周期存在差异。由于电磁振荡频率很高，材料内部介质极化过程无法跟随外电场变化，极化强度矢量相对于电场强度矢量滞后一个角度，导致有电流产生，构成介质材料的耗散。在微波波段，主要是偶极子转向极化和界面极化产生的吸收电流构成材料的功率耗散[4]。
1.2金属材料金属导体在微波电磁场中，其内部自由电荷在电磁场作用下，会迅速向导体表面聚集。驰豫时间用来表征自由电荷响应电磁场变化的快慢。由于驰豫时间远小于电磁场振动周期，故在每周期刚开始，自由电荷就已聚集于导体表面，内部自由电荷密度为零。块体金属内部不存在自由电荷，缺少与电磁场相互作用、吸收和转化的媒介，因而无法被有效加热[7]。但金属导体置于电磁场中，导体表面会有电流产生，存在欧姆损耗。故只要减小金属导体的宏观尺寸，使之能与微波电磁场完全耦合，就能有效实现加热和烧结[8]。
在微波烧结中，除明显的微波热效应外，还存在一定的微波非热效应，包括活化过程速率增强、化学反应途径改变以及烧结体性能改变等。微波非热效应是微波烧结中的重要因素，使各种微粒的迁移变得更容易发生，且迁移速率提高很多，对材料致密化过程起到明显的促进作用[6,9]，具体表现就是烧结温度更低、升温速度更快、烧结时间大幅缩短。
2微波烧结特点
在传统烧结过程中，材料表面、内部和中心区域温度存在较大梯度，容易导致晶粒不均匀，内部存在较多缺陷。微波烧结依靠微波电磁场辐射透入材料内部，材料整体发生介质损耗而升温，各部分温差小，易得到均匀细晶结构，材料性能得到显著改善。与传统烧结相比，微波烧结主要有整体加热、低温快烧、无加热惯性、选择性加热等显著特点[4]。
微波烧结能耗低，效率高，比传统烧结节能80%左右，而且清洁、安全、无污染。微波烧结能得到均匀细晶显微结构，孔隙少且规则，材料具有更好的延展性和韧性，宏观性能优异[3，10]。微波烧结具有的独特优点预示其在现代材料制备行业中拥有广阔的发展空间，被广泛誉为“烧结技术的一场革命”[6]。
3微波烧结装置
3.1烧结装置微波烧结实验装置由微波发生器（磁控管和调速管）、波导管、加热腔和微波电源组成，加热腔有谐振式和非谐振式两种，谐振式加热腔又有多模场型和单模场型两种[3]。单模场型可形成稳定的电磁波，能量集中，适合烧结低损耗材料，但均匀场区小，无法烧结大尺寸工件；多模场型谐振腔结构简单，易得到较大区域的均匀场强，可用于烧结大尺寸、介质损耗高的材料[11、12]。为得到稳定和均匀的电磁场分布，必须对加热腔进行合理设计。
3.2烧结工艺微波烧结的工艺参数主要有微波源功率、微波频率、烧结时间和升温速度等[1]。研究表明，在同等烧结条件下（烧结温度和保温时间），微波烧结晶粒要明显大于常规烧结，说明微波作用下晶粒生长更快、致密化过程更加迅速；温度过低会导致“欠烧”，过高或保温时间太长会引起晶粒异常长大；升温速度也是重要因素，如升温速度较，加热时间就得适当延长，因而使材料在高温区停留时间较长[13]。
不同类型的材料介质损耗能力不同。一些材料在低温下介质损耗小，几乎不吸收微波能，无法有效加热。对此，可加入介质损耗高的材料，以起到辅助加热的作用，主体材料达到一定温度后，损耗因子迅速增加，可直接吸收微波能[14]；或者采用外加热源――比如电阻加热，在材料临界温度以下起辅助加热作用[15]。在微波烧结中，在样品周围放置介质损耗高的辅助材料有利于提高升温速度和保温，形成稳定均匀的温度场[12]。
研究表明，不同类型的材料在分别放置于电场或磁场区域中时，会表现出极为不同的加热行为。导体材料，如金属或合金粉末压坯，在磁场中的加热效果比在电场区要好；相反，氧化铝、氧化锌等陶瓷材料在纯电场中的升温速率更高。另一方面，在材料与电磁场相互作用过程中，材料结构状态起着关键作用，如铜粉末压坯在电磁场中能有效吸收微波能，而块体铜就不能[16]。
4研究进展
迄今，研究人员已对几乎所有的氧化物陶瓷材料开展了微波烧结研究，较为成功的有Al2O3、ZrO2、ZnO、MgO、SiO2及其复合材料等，B4C、SiC、Si3N4、TiB2、AlN等是采用微波烧结成功制取的非氧化物陶瓷材料[4]。另外，金属粉体具有较强吸波能力[7]，将微波烧结应用于粉末冶金，成功制取了环状、管状和齿轮等结构和形状复杂的金属制品，所制得器件比传统制品具有更加优异的力学性能，显微结构的均匀性好，气孔率很低[17]。
4.1陶瓷材料微波烧结能得到均匀细晶结构，因此微波烧结比常规烧结更容易制备出透明陶瓷[4]，如微波烧结可以实现A1N透明陶瓷的低温烧结[18]，而且大幅缩短烧结时间[4]。
微波烧结可使氧化锌压敏陶瓷材料快速成瓷，获得相同晶粒尺寸微波烧结温度更低，烧结时间更短。但随着烧结时间的延长，晶界Bi相挥发，晶粒迅速长大，电阻片的电性能变差[19]。采用微波烧结法制备氮化硅陶瓷，微波场可以促进Si3N4的α相向β相转变的速度，提高材料密度[20]。
陶瓷材料是脆性体系，如何提高其韧性一直是个难题。在微波烧结制备ZnO2（n）增韧Al2O3复合陶瓷的实验中，得到相对体积密度为95.5%、力学性能较好的15vol%ZrO2/Al2O3复合陶瓷，其硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为13350MPa、6.41MPa・m1/2和502MPa[21]。
在制备纳米陶瓷材料方面，微波烧结可提高Al2O3/SiC纳米复合陶瓷的强度和韧性，改善材料的显微结构，促进致密化和晶粒生长[22]。微波烧结制备Si3N4纳米陶瓷，在相同密度下，强度比传统烧结样品提高25%~30%[5]；采用微波法制备Al2O3-ZrO2（3Y）纳米复相陶瓷，材料达到了很高的致密度，并提高了断裂韧性[23]。微波烧结Al2O3-TiCN-Mo-Ni纳米金属陶瓷[24]，烧结前后晶粒尺寸变化很小。
研究的陶瓷材料还有氧化锌压敏电阻陶瓷[19,25]、ZrO2/LaNbO4-MoSi2复合陶瓷[26]、TCP/TTCP复合生物陶瓷材料[27]、Al2O3/SiC纳米复合陶瓷[22]、纳米TiO2材料[28]、Bi2O3-ZnO-Ta2O5陶瓷[29]、Al2O3/WC-10Co/ZrO2/Ni金属陶瓷[30]等各种现代陶瓷材料。微波烧结技术在现代材料制备领域中正得到越来越广泛的研究和应用。
4.2粉末冶金钨、钒、铌、钽、钼等难熔金属及其合金材料因高熔点和一些特有性能，在国防军工、航空航天、电子信息、能源、防化、冶金和核工业等领域起着不可替代的作用，相关研究异常活跃。因难熔金属熔点高、塑性差，主要采用粉末冶金法制备。采用传统方法，在烧结过程中晶粒极易迅速长大，导致制品性能降低[31]。
微波磁场下烧结WC-Co硬质合金[32]的升温速率比在电场下要大，但温度只能升至1160℃左右；微波电场下烧结时，可以得到性能较好的合金。微波烧结制备WC-12Co硬质合金，在1400～1475℃范围内，随烧结温度升高，WC晶粒长大不明显，合金密度和硬度增大；在1475℃的烧结温度下保温0min，烧结样品显微组织结构均匀，但保温时间超过30min，由于晶粒异常长大以及钴相分布不均匀，导致合金的密度和硬度急剧下降[33]。
微波烧结制备W-Ni-Fe高密度合金[34，35]，升温速度快，烧结周期短，仅为常规烧结的1/7；微波烧结能促进合金致密化，如烧结时间较短，微波烧结样品的晶粒尺寸小于常规烧结；但微波烧结样品的生长速率更快，不宜过度延长烧结时间。对微波烧结93W-Ni-Fe合金微观组织和力学性能研究表明，试样组织均匀、细小，钨颗粒明显小于传统烧结水平，径向性能分布均匀；微波加热能达到常规尺寸钨合金的透烧深度，但仍存在较多孔洞等缺陷[35]。
在相同温度下烧结Fe-Cu-C合金[36、37]，微波烧结比常规烧结具有更致密的微观结构。而且，金相观察表明，微波烧结有一个致密的核心，边缘多孔。这表明材料自身发热，热传递从内而外，内部温度高于表面[38]。
研究的金属材料还有铜铁合金、钨铜合金及镍基高温合金等。形状记忆合金是一类新型功能合金材料，在航空航天、机械电子、生物工程、临床医疗、能源和自动化等领域用途广泛，其独特的形状记忆效应在于存在热弹性马氏体。合金的微观组织结构对形状记忆效应影响很大，微观组织越均匀越有利于马氏体的均匀分布[39]。如采用微波烧结制备形状记忆合金，其整体加热、低温快烧等特点能大幅优化合金显微结构（细化晶粒，减少缺陷），从而使形状记忆效应得到显著增强。
5结语
工业上已成功实现了陶瓷材料的连续化和小批量生产。加拿大的MicroWear公司建成了一个全部采用微波烧结制造氮化硅陶瓷刀具生产中心，美浓窑业于2000年开发出了可实际应用于陶瓷工业的大型微波高温烧结设备[40]。近年来，中科院沈阳金属研究所在国家新技术“863计划”的资助下，已成功研制出多台MFM-863系列的微波烧结设备。据报道，美国的Spheric科技有限公司已授权中国最大的微波炉生产企业长沙隆泰微波热工有限公司生产工业用高温微波烧结系统。
微波烧结技术是人类社会进入二十世纪六十年代后才出现的新型技术。在文明步入二十一世纪，微波烧结技术因其节能高效、清洁无污染、安全可靠等诸多优点，在现代材料领域拥有广阔的发展空间，市场潜力巨大；在科学研究方面具同样有重大而深远的意义，对技术进步以及社会发展将产生革命性影响。自微波烧结技术诞生以来，各国政府都高度重视，不惜投入巨大的人力和物力资源来开发这一新型技术[3]。
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Abstract：Oneimportantdirectionofcurrentmaterialsresearchworkishowtoapplymicrowavesinteringtechnologytothepreparationofmetalmaterials.Thehistory，basictheories，characteristics，currentsituationofmicrowavesinteringinthepreparationofmetalmaterialsweresimplyintroducedinthispaper.Problemsthatmayariseduringmicrowavesinteringmetalmaterialswereanalyzed.Andthetrendofmicrowavesinteringinthepreparationofmetalmaterialswasestimated.
关键词：微波烧结；技术原理；金属材料；应用前景
Keywords：microwavesintering；basictheories；metalmaterials；trend
中图分类号：TB331文献标识码：A文章编号：1006-4311（2013）36-0015-03
0引言
20世纪60年代中期，Tinga.W.R[1]最早提出微波烧结技术。早期微波烧结技术主要应用于陶瓷材料的制备及处理的各个过程。20世纪70年代中期，法国的Badot和Berteand开始对烧结技术进行系统研究[2]。20世纪80年代，微波烧结技术逐渐受到重视并引入到材料科学领域[3]，开始用于烧结制备各种高性能的陶瓷。进入九十年代，微波烧结材料的种类不断扩展，逐渐被引入到硬质合金、纳米材料、复合材料等材料的烧结制备过程中。但是微波烧结技术一直没有涉及到金属材料，这是由于人们普遍认为金属材料是良导体，对微波是反射的，不能吸收微波。1999年，美国宾夕法尼亚大学材料研究实验室的科学家突破传统的观点[4，5]，成功利用微波烧结金属粉末制备了金属材料，接着便掀起了研究微波烧结制备金属材料的高潮。美国、中国、日本、印度、西班牙、德国、新加坡等国先后对微波烧结技术应用于金属材料进行了研究，并且都在实验基础上制备了高性能，高质量的合金产品，预示了微波烧结技术应用于金属材料的制备有着广阔的应用前景。
1微波烧结制备金属粉末的原理
微波烧结技术基于的原理是材料内部的基本细微结构与特殊波段的微波耦合，通过材料的介质损耗转化为热量，使材料整体加热而实现烧结致密化。但是微波在金属煤质中行进时，穿透深度有限，引入穿透深度
δ=■（1）
表示微波场量的值衰减至表面处值的1/e=0.368的深度。经计算得出一些常见金属的穿透深度，见表1。
可见，金属表面只有极薄的一层对微波具有吸收作用，其内部与微波的作用很小。
同时块体金属材料在电磁场中具有趋肤效应，内部的自由电荷在电磁场的作用下，会迅速向导体表面聚集。自由电荷响应电磁场的速度非常快，弛豫时间远小于电磁振荡的周期。因此，在电磁振荡每周期开始的时候，自由电荷已经聚齐于块体金属导体表面，其内部的自由电荷密度ρ=0，不存在自由电荷，不具备能量吸收和转化的媒介，无法通过微波与块体金属材料进行耦合作用。因而微波烧结技术不能应用于块体金属材料。
但是，金属粉末的几何尺寸为微米级甚至纳米级，与微波对金属的穿透深度相当，所以与电磁波的相互作用行为发生了显著变化[7]。微波所及体积占了金属合金粉末体积的极高比例，该部分体积所吸收转化的微波能量足以使金属粉末的温度发生显著变化。并且金属粉末压坯颗粒表面积大，活性高的表面原子比例大，表面存在大量的孔隙、空位等缺陷，表面化学性质活性，微波具有更大的穿透深度，与块体金属相比，压坯的反射率降低，吸收的能量增加。因此，金属粉末具有较强的吸波能力[4]，能被加热到很高的温度，能够利用微波进行烧结。
2微波烧结制备金属粉末的研究进展
微波烧结技术具有整体加热、选择性加热、升温速度快、烧结时间短、易于控制、环境友好等特点，易得到均匀致密的细晶结构，提高了产品的物理、力学性能。因而自1999年美国宾夕法尼亚大学的科学家发现微波也能用于烧结制备金属材料以来，这项新的研究领域激起了国内外很多研究者的广泛关注。十几年来微波烧结制备金属材料得到了一定的发展和应用。
2.1微波烧结制备铁基合金
铁基合金主要有Fe-Ni合金和Fe-Cu合金，具有广泛的用途，可用来制作齿轮、转子、衬套等结构零件。1999年，Roy教授等率先利用微波烧结制备了Fe-Ni和Fe-Cu合金[4]。随后长沙隆泰科技有限公司的黄加伍等[8]、中南大学的罗春峰等[9]、中南大学的彭元东等[10]先后研究了微波高温烧结粉末冶金铁基材料的工艺特点及性能。结果表明，在不同烧结温度和保温时间下，微波烧结样品的显微结构、强度、硬度、抗拉强度、抗弯强度、致密度等参数与常规烧结相比，均表现出明显的性能提高。同时微波烧结温度低、烧结速度快、烧结周期短，降低了生产成本和能源浪费，减少了环境污染。中南大学的陈丽芳等[11]通过微波烧结制备了Fe-4Ni-2Cu-0.6Mo-0.6C合金钢，和常规烧结相比，合金钢不仅缩短了烧结时间，而且提高了力学性能。
2.2微波烧结制备高密度合金
高密度合金广泛应用于石油钻井、机械制造、航空航天、钟表摆锤制造等领域。传统烧结很难制备出组织均匀、致密度高以及性能优异的高密度合金。由于微波烧结可以有效抑制晶粒长大，细化合金组织，减少孔隙分布，均匀显微组织，提高钨基高密度合金的密度和组织均匀性，因此微波烧结技术被广泛的用于钨基高密度合金的烧结。从2007年开始，中南大学的易健宏等[12]就开始对微波烧结W-Ni-Fe高密度合金就行研究。分别探讨了压制压力、烧结温度、烧结时间，W粉粒度、升温速度对微波烧结W-Ni-Fe高密度合金性能的影响。同时中南大学的马运柱等[13]研究了真空热处理对微波烧结93W-Ni-Fe合金显微组织及力学性能的影响。中南大学周承商[14]又在微波烧结制备W-Ni-Fe高密度合金中添加Mo元素对微波烧结W-Mo-Ni-Fe合金进行了研究。2011年印度国家热电有限责任公司AvijitMondal[15]等研究了加热模式和烧结温度对90W-7Ni-3Fe合金的影响。刘瑞英等[16]通过控制烧结温度、烧结时间等主要影响W-Ni-Cu致密化因素，利用微波烧结制备了95W-3Ni-2Cu。并通过研究发现，在保证烧结温度和烧结时间的情况下，升温速度对产品微观组织的致密化影响不大。
2.3微波烧结制备钨铜合金
钨铜合金由于金属铜和钨熔点差别大，不互溶，因此不能采用熔铸法进行生产。中南大学易健宏等[17]通过微波烧结制备了W-Cu合金。与常规烧结相比，促进了W-Cu合金的致密化和组织的均匀化。1250℃，保温10分钟的情况下，W-25Cu合金可以实现接近理论密度。当加入Fe元素作为烧结助剂的时候，W-Cu材料的致密化行为得到显著改善。同时易健宏[18]等还研究了微波熔渗法制备W-Cu合金。并与钼丝管式炉中烧结进行对比，发现两种方法制得的W-Cu合金电导率相似，但是微波法制备的产品硬度更好。
2.4微波烧结各种金属单质粉末
微波对于金属粉末的烧结机理不同于块体金属，微波对金属块体的趋肤深度大约在微米级，远小于块体金属的尺寸，粉末态松散结构生坯的初始趋肤深度与块体金属的初始趋肤深度存在很大差异。中南大学的朱凤霞等[19]研究了微波烧结金属纯铜压坯时发现，生坯趋肤深度约为0.05m；与样品尺寸处于同一数量级，更远远大于单个粉末颗粒尺寸，最终样品得以升至1000℃高温保温，并实现良好致密化。印度科学家K·Rajkumar等[20]研究了铜-石墨粉末的烧结。发现微波能够成功地烧结没有任何裂痕的铜-石墨复合材料并且具有更加细小的显微结构，产品的孔隙是小的、圆形的。这些都加强了产品的机械性能。印度的G·Prabhu[21]等通过微波烧结钨粉。与常规烧结对比发现，微波烧结高温球磨后的钨粉能达到相对致密度93%高于一般钨粉的85%，维氏硬度达到303高于普通钨粉的265，且高温球磨后的钨粉微波烧结后的显微组织更加均匀致密。日本科学家K·Saitou[22]利用微波烧结制备钴粉、镍粉和不锈钢粉，并且将微波烧结与传统烧结钴粉、镍粉和不锈钢粉就行了对比。通过对比发现微波烧结能促进压坯更大的收缩，从而获得高致密度的产品，具有优良的物理和机械性能。
2.5微波烧结其它金属粉末
微波烧结还运用于铝粉、Al/Ti合金、Cu-12Sn合金、储氢合金、形状记忆合金、功能梯度材料、金属间化合物Mg2Si等多种金属及其合金的制备，且都取得了较好的致密度和机械性能。
3微波烧结金属合金粉末存在的问题及前景展望
微波烧结金属粉末从1999年发展至今才刚刚过去十几个年头，虽然科学家们在这方面的研究有所进展，但目前还处于微波烧结金属粉末的起步阶段，存在许多急需解决的问题：
首先，烧结机制的问题。微波烧结金属粉末的机制还不是很清楚，这样限制了微波烧结金属粉末制备金属材料的种类，减少了其应用范围。
其次，微波加热过程中的温度通常采用红外测温仪，红外测温仪是通过测定表面的红外线和特定的表面发射率ε来确定表面温度，在实验中所烧结的材料在特定温度下，其发射率将有显著变化，因而烧结温度无法进行准确测量。
再者，微波烧结的设备一直是限制微波烧结金属粉末的重要问题。目前微波烧结设备的最高温度只能达1700℃，同时国家规定的微波功率限制在2.4GHz、915MHz，随着微波烧结金属粉末种类的不断扩大，微波烧结设备的模块化设计也应该引起人们的重视。
此外，获取一个较大区域的均匀微波烧结场区也是一个需要解决的问题。
微波烧结金属合金粉末还处于一个起步阶段，虽然目前距离工业化还有一段距离，但是由于微波烧结表现出无可比拟的优越性以及金属材料无比重要的用途，将来必将引发一场微波烧结制备金属材料的高潮。
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关键词：激光熔覆技术，石化机械，维修，应用实例。
中图分类号：F407.4文献标识码：A文章编号：
一、激光熔覆技术概述
1.1激光熔覆技术的定义
激光熔覆技术是指以不同的填料方式在被涂覆基体表面上放置选择的涂层材料，经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低并与基体材料成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电器特性等的工艺方法。激光熔覆技术是20世纪70年代随着大功率激光器的发展而兴起的一种新的表面改性技术，是指激光表面熔敷技术是在激光束作用下将合金粉末或陶瓷粉末与基体表面迅速加热并熔化，光束移开后自激冷却形成稀释率极低，与基体材料呈冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体表面耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性等的一种表面强化方法[.如对60#钢进行碳钨激光熔覆后，硬度最高达2200HV以上，耐磨损性能为基体60#钢的20倍左右。在Q235钢表面激光熔覆CoCrSiB合金后，将其耐磨性与火焰喷涂的耐蚀性进行了对比，发现前者的耐蚀性明显高于后者。
激光熔覆技术是一种经济效益很高的新技术，它可以在廉价金属基材上制备出高性能的合金表面而不影响基体的性质，降低成本，节约贵重稀有金属材料，因此，世界上各工业先进国家对激光熔覆技术的研究及应用都非常重视。
1.2激光熔覆的技术特点
激光熔覆技术的基本特点是覆层平整、稀释率低、与基材的冶金结合强度高。低稀释率有利于保证熔覆层的成分和性能，而覆层的表面均匀性将使后续加工量大大降低，也因此降低了后续加工成本。熔覆过程中工件肌体温度小、变形量小，对工件肌体原有性能影响小，因而能大大满足工件现场修复的需要，实现在较短的时间内恢复工件使用功能的要求，满足了石化生产中因设备故障而“应急”恢复功能的需求。
二、激光修理技术的开发与应用
激光熔覆是一种先进的涂层技术，利用高能激光束在金属材料表面获得极好的表面耐磨、耐蚀、耐冲刷、耐疲劳、抗高温氧化、减磨等多种高性能涂层，其综合性能明显优于热喷涂、等离子喷涂、喷焊、堆焊等现有涂层技术。激光熔覆具有熔覆热量小、工件基本无变形的特点，在零部件的修复方面优势明显。
随着大功率工业化激光加工机制造技术的不断完善，大功率激光工业化应用技术也越来越被国内外各研究机构所重视，不断取得新成果。
目前，虽然已有大量关于激光熔覆的工业化应用的研究，如激光熔覆的特性，不同材料与基体组合的熔覆工艺、参数、熔覆层的微观组织结构和相分析、熔覆层的性能、熔覆层的缺陷，激光熔覆基础理论和模型建立，激光熔覆的应用，激光熔覆专用材料和装备等，但均处于未完全成熟阶段。激光熔覆涂层技术需进一步解决的问题有：大面积激光熔覆过程中的裂纹问题，激光熔覆专用材料体系，激光熔覆过程的检测与实施自动控制。
2.1激光熔覆修理
主要是对原磨损机件进行表面堆焊，将因过度磨损、腐蚀、冲刷、氧化、刮伤、变形等原因而导致失效的零部件进行激光表面熔覆修复。它不仅能使损坏的零件恢复原有尺寸，而且可以提高或改善其性能，节约设备维护费用。虽然激光修理有熔覆层与零件母材冶金结合、堆焊热影响区小、零件变形量小等显著优点，但激光熔覆伴有传热、辐射、固化、分子取相及可能的结晶等物理变化，仍存在一定程度的零件变形。笔者认为，这些变形过程的控制取决于熔池的深度和温度区分布，并直接影响到熔池的形状和熔覆层的组织性能，因此，熔池的温度区分布控制与激光熔覆层质量（组织、性能、表面粗造度等）有关。经大量试验分析与模拟计算，可以确定，在给定条件下（激光功率、激光扫描速度、光斑直径、环境条件等）送粉率和熔覆层厚度是控制温度区变化的重要因素。
2.2激光熔覆加工表面温度的影响和控制
激光注入热量的不均衡和加工时激光熔池温度区分布不稳定等因素，导致修复部位应力分布过于集中、稀释率太高，常常引起裂纹或强度不够。应控制好激光再制造工艺参数，保证激光熔覆的质量。这些参数包括激光功率、加工速度、送粉量、焦深、工件及粉末材料的倒热率等。
2.3激光熔覆粉末的开发
由于激光熔覆工艺本身的特点，热喷涂粉末不能完全满足激光熔覆技术的要求，尤其是高硬度粉末，用于激光熔覆时涂层的开裂倾向很大，根本无法满足熔覆要求。相对于铁基和钴基，镍基材料的开裂敏感性较低，成本适中，能满足耐磨、抗热疲劳、耐腐蚀等性能需求，应用广泛，镍基材料的应用是激光熔覆粉末的开发研究方向。激光熔覆对粉末、工艺性能的要求主要有：
①粉末的熔点低，自熔性、浸润性好，涂层的成型美观、无缺陷。②粉末有良好的流动性，颗粒成型为球状，大小均匀。③粉末有较高的抗开裂能力和较小的收缩线性。④激光熔覆一般多用于零件的磨损修理，所以还要求熔覆层有较高的硬度和耐磨性。此外，在粉末的选用上，还要考虑石化设备的修理、熔覆层对工艺介质的耐腐蚀性要求等因素。
经过对大量自熔性合金粉末的试验和筛选，我们改进了镍基自熔性合金粉末的成分，收效良好。镍基自熔性合金粉末中的元素“B”（硼）和“Si”（硅）的含量对熔覆层的成型质量影响显著，用于激光熔覆的粉末应严格控制“B”和“Si”的合理比例。
三、激光熔覆工业化应用实例
例1：对热电厂吸风机转子的修复。该转子长4930mm、直径420mm，材质40Cr。以前采用刷镀、低温镀铁等工艺进行修复，使用寿命和效果不佳，更换新件费用高、浪费大。该转子修复前的情况是：支撑轴承部位大面积磨损，比标准尺寸小0.03~0.05mm，并有多处宽1~2mm、深0.3~0.5mm的环状沟痕。经分析，决定采用硬度HRC30左右的镍基粉末对其磨损表面进行激光熔覆，根据熔覆部位直径，设定加工机的主轴S轴的转速、送粉量应保证熔覆层厚度为0.4mm左右。激光熔覆后，该转子熔覆表面成型均匀，表面硬度检测为HRC25，复型后投入使用至今，效果良好。
例2：对炼油厂火炬气螺杆压缩机壳体及阴阳转子的修复。该压缩机采用双螺杆压缩模式，工作介质为硫化氢，设备修复前冲刷及硫化氢腐蚀严重，已无法使用，压缩机解体后发现其壳体、端盖及阴阳转子都因物料中含有大量的腐蚀性气体而出现不同程度的腐蚀。壳体、端盖都已冲刷减薄3mm以上，阴阳转子的直径减小了1mm左右，壳体、端盖的材质为铸铁，转子材质为铸钢，材料可焊性极差，修复工艺难度较高。由于当时炼油厂无备台或备件可换，生产急需恢复该设备的功能。该设备的了修复采用了激光熔覆技术的多层熔覆工艺，熔覆层数达到了5层，最厚熔覆层总厚度达到4mm，大面积熔覆取得成功（壳体、端盖的熔覆采用了复合工艺）。由于螺杆的螺旋线沟巢狭小，无法进行自动送粉，熔覆过程采用了手工涂粉，粉末量保证熔覆层厚度在0.35~0.4mm之间，激光光斑进行直线往复运动，最初设定加工机功率、线速度、运动横向进给，工作参数比较保守。熔覆后发现覆层表面存在大量的气孔的缺陷，经分析认为是由转子原表面凹坑中的氧化物及污垢未去除干净所致。将氧化物及污垢清理干净后再进行熔覆，将功率增加，其它参数不变，则熔覆层成形质量明显提高，只有少量气孔。在熔覆第二层时，保持功率等参数不变，将线速度提高，熔覆层质量基本与熔覆普通碳钢零件表面相同。照此方法对阳转子螺杆部份的外表面熔覆了两层，然后在自制的专用胎具上让其与阴转子互研，采用手工打磨的方法去除高点后，再进行熔覆，如此反复进行，直至阴阳转子啮合完好，间隙满足要求。修复后试运转表明，设备功能恢复良好，压缩量基本满足生产工艺要求。
四、结语
在利用激光熔覆技术进行石化机械修复过程中需要注意的几个问题。第一，必须确认被修复基体的材质，以便选择修复涂层的材料。第二，由于修复层只与基体表面发生冶金结合，故修复尺寸需要谨慎控制，否则会影响基体的机械强度。第三，被修复工件进行机加工时，必须结合工件的工作原理和工作特点进行基准选择，要做到基准正确可靠，否则形位公差难以控制，工件无法正常工作，带来修复负影响。第四，对大型重要设备的关键零件修复后，除宏观上考察熔覆层形状、表面不平度、裂纹、气孔及稀释率外，微观上还应检测是否形成良好的组织，能否提供所要求的性能，必要时要进行质量寿命检测。
随着激光熔覆技术基础理论研究的不断深入和发展、熔覆材料及相关设备的不断开发和研制、自动化程度的不断提高，该技术的技术经济效益将日益突出，是发展再生经济的重要途径。
参考文献：
激光熔覆技术是一种经济效益很高的新技术,它可以在廉价金属基材上制备出高性能的合金表面而不影响基体的性质，降低成本,节约贵重稀有金属材料，因此,世界上各工业先进国家对激光熔覆技术的研究及应用都非常重视[1-2、5-7]。
1激光熔覆技术的设备及工艺特点
目前应用于激光熔覆的激光器主要有输出功率为1~10kW的CO2激光器和500W左右的YAG激光器。对于连续CO2激光熔覆,国内外学者已做了大量研究[1]。近年来高功率YAG激光器的研制发展迅速,主要用于有色合金表面改性。据文献报道,采用CO2激光进行铝合金激光熔覆,铝合金基体在CO2激光辐照条件下容易变形,甚至塌陷[1]。YAG激光器输出波长为1.06μm,较CO2激光波长小1个数量级,因而更适合此类金属的激光熔覆。
同步注粉式激光表面熔覆处理示意图[8]
激光熔覆按送粉工艺的不同可分为两类:粉末预置法和同步送粉法。两种方法效果相似,同步送粉法具有易实现自动化控制,激光能量吸收率高,无内部气孔,尤其熔覆金属陶瓷,可以显著提高熔覆层的抗开裂性能,使硬质陶瓷相可以在熔覆层内均匀分布等优点。
激光熔覆具有以下特点[2、9]：
(1)冷却速度快(高达106K/s),属于快速凝固过程,容易得到细晶组织或产生平衡态所无法得到的新相,如非稳相、非晶态等。
(2)涂层稀释率低(一般小于5%),与基体呈牢固的冶金结合或界面扩散结合，通过对激光工艺参数的调整,可以获得低稀释率的良好涂层,并且涂层成分和稀释度可控;
(3)热输入和畸变较小,尤其是采用高功率密度快速熔覆时,变形可降低到零件的装配公差内。
(4)粉末选择几乎没有任何限制,特别是在低熔点金属表面熔敷高熔点合金;
(5)熔覆层的厚度范围大,单道送粉一次涂覆厚度在0.2~2.0mm,
(6)能进行选区熔敷,材料消耗少,具有卓越的性能价格比;
(7)光束瞄准可以使难以接近的区域熔敷;
(8)工艺过程易于实现自动化。
很适合油田常见易损件的磨损修复。
2激光熔覆技术的发展现状
激光熔覆技术是—种涉及光、机、电、计算机、材料、物理、化学等多门学科的跨学科高新技术。它由上个世纪60年代提出,并于1976年诞生了第一项论述高能激光熔覆的专利。进入80年代,激光熔覆技术得到了迅速的发展,近年来结合CAD技术兴起的快速原型加工技术,为激光熔覆技术又添了新的活力。
目前已成功开展了在不锈钢、模具钢、可锻铸铁、灰口铸铁、铜合金、钛合金、铝合金及特殊合金表面钴基、镍基、铁基等自熔合金粉末及陶瓷相的激光熔覆。激光熔覆铁基合金粉末适用于要求局部耐磨而且容易变形的零件。镍基合金粉末适用于要求局部耐磨、耐热腐蚀及抗热疲劳的构件。钴基合金粉末适用于要求耐磨、耐蚀及抗热疲劳的零件。陶瓷涂层在高温下有较高的强度,热稳定性好,化学稳定性高,适用于要求耐磨、耐蚀、耐高温和抗氧化性的零件。在滑动磨损、冲击磨损和磨粒磨损严重的条件下,纯的镍基、钴基和铁基合金粉末已经满足不了使用工况的要求,因此在合金表面激光熔覆金属陶瓷复合涂层已经成为国内外学者研究的热点,目前已经进行了钢、钛合金及铝合金表面激光熔覆多种陶瓷或金属陶瓷涂层的研究[1、10]。
3激光熔覆存在的问题
评价激光熔覆层质量的优劣,主要从两个方面来考虑。一是宏观上,考察熔覆道形状、表面不平度、裂纹、气孔及稀释率等;二是微观上,考察是否形成良好的组织,能否提供所要求的性能。此外,还应测定表面熔覆层化学元素的种类和分布,注意分析过渡层的情况是否为冶金结合,必要时要进行质量寿命检测。
目前研究工作的重点是熔覆设备的研制与开发、熔池动力学、合金成分的设计、裂纹的形成、扩展和控制方法、以及熔覆层与基体之间的结合力等。
目前激光熔敷技术进一步应用面临的主要问题是:
①激光熔覆技术在国内尚未完全实现产业化的主要原因是熔覆层质量的不稳定性。激光熔覆过程中,加热和冷却的速度极快,最高速度可达1012℃/s。由于熔覆层和基体材料的温度梯度和热膨胀系数的差异,可能在熔覆层中产生多种缺陷,主要包括气孔、裂纹、变形和表面不平度[1]。
②光熔敷过程的检测和实施自动化控制。
③激光熔覆层的开裂敏感性，仍然是困扰国内外研究者的一个难题，也是工程应用及产业化的障碍[1、11]。目前，虽然已经对裂纹的形成扩进行了研究[1]，但控制方法方面还不成熟。
4激光熔覆技术的应用和发展前景展望
进入20世纪80年代以来,激光熔敷技术得到了迅速的发展,目前已成为国内外激光表面改性研究的热点。激光熔敷技术具有很大的技术经济效益,广泛应用于机械制造与维修、汽车制造、纺织机械、航海[12]与航天和石油化工等领域。
目前激光熔覆技术已经取得一定的成果,正处于逐步走向工业化应用的起步阶段。今后的发展前景主要有以下几个方面:
(1)激光熔覆的基础理论研究。
(2)熔覆材料的设计与开发。
(3)激光熔覆设备的改进与研制。
(4)理论模型的建立。
二、工作目标
——粉末冶金产业。积极构建“一基地、一展馆、三中心”，引进高等院校、科研机构共建粉末冶金先进制造研发中心、检验检测中心、孵化中心和科技展示馆，重点发展金属粉末制备、粉末压制与注射形成、粉末烧成、粉末冶金设备制造、粉末冶金模具制造、粉末冶金磁性材料和粉末冶金应用产品等，通过孵化培育小微企业、扶持壮大现有企业和引进新办大型企业，逐步形成粉末冶金先进制造特色基地。
表略
——先进装备制造产业。抓住国家振兴装备制造业的重大政策机遇，围绕消费升级和能源结构调整带来的市场需求，依托现有装备制造企业，积极发展矿山机械、环保设备、输变电设备、汽车零部件等4大门类共25家企业，大力扶持鑫通机械、明兴环境工程、华鹏实业、赣西变压器、四方汽车等骨干企业做大做强，鼓励企业自主创新，突破企业发展关键技术，增强企业市场竞争力。
表略
——光电产业。依托现有光电产业基础，发挥科研优势，紧紧围绕光电子、软件及信息服务业三大领域，重点打造光显示、激光制作加工、光电装备制造三个产业链，加快引进战略投资者，壮大产业规模，促进信息技术应用，努力把科技优势转化成产业优势，建设省级乃至部级光电产业基地，打造我县新的支柱产业。
表略
三、主要措施
（一）明确招商重点
树立宁缺毋滥的招商新理念，变招商引资为招商选资，拒绝带污染的GDP。重点围绕以休闲观光农业、农产品加工企业为主的农业产业项目，以装备制造、粉末冶金、光电产业为主的工业产业项目，以现代物流、宾招、房地产开发、观光旅游为主的三产项目进行招商，着力引进一批投资强度大、产业层次高、市场前景好、产业关联度大的高科技项目和龙头项目。瞄准上市企业、国企央企，用好国家及省、市最新出台的一系列鼓励、扶持政策，做好项目对接，争取资金支持，引进大项目落地。同时充分利用我县花炮产业的巨大影响力和产业优势，跳出传统“圈子”搞招商。对投资额5亿元以上特大型项目，按照一事一议方式，享受特殊的用地、财政税收扶持。
（二）创新招商方法
一是围绕特色园区建设，实施“产业招商”。加大对已确立的主导产业和战略性新兴产业的研究力度，带动一大批上下游企业的发展，形成供需“上下游”的产业链条关系，吸引投资谋求共同发展，达到产业集聚和配套效应；二是围绕园区龙头企业，实施“以商招商”。依托现有的龙头企业，积极引导，认真组织，把更多的企业推向招商引资主战场，借助现有企业信息渠道、人脉资源，善于发挥“活广告”作用，通过他们的亲身感受推介**，牵线搭桥，以最小的成本获取最大的成果；三是通过与高校院所合作，开展“科技招商”。
（三）强化招商责任
招商引资工作是检验干部抓项目、促发展的重要标准，各乡镇、各部门要严格按照年度目标任务要求强化责任意识，切实加大工作力度，尽快制定招商引资工作方案，要求“一把手”亲自抓、分管领导具体抓，将任务落实到具体责任人和部门。对涉及多个部门的重点项目，要明确责任主体、细化任务，按照县委县政府的统一部署，落实目标责任制，做到信息
项目尽快洽谈、在谈项目尽快签约、签约项目尽快开工、开工项目尽快投产、投产项目尽快见效。同时，严格实行招商引资工作奖惩机制。招商引资工作将作为全县干部年度考核、单位评先评优的一项重要指标。对招商引资工作任务完成较好或作出重大贡献的，县委县政府将予以公开表彰并奖励；对完不成招商引资目标任务的责任单位给予通报批评，主要领导离岗招商直至完成任务。
（四）优化招商环境
一是简化办事程序，提高办事效率。对招商引资龙头项目审批实行“一站式”服务，落实限时办结制。
四、工作要求
关键词：高强高导；TiB2Cu基复合材料；研究现状；展望
中图分类号：TB331文献标识码：A
ResearchSituationandProspectsforHighStrengthandHigh
ElectricalConductivityTiB2CuMatrixComposites
HEDaihua，LIUPing，LIUXinkuan，MAFengcang，LIWei，
CHENXiaohong，GUOKuixuan，LIUTing
（SchoolofMaterialsScienceandEngineering，UniversityofShanghaifor
ScienceandTechnology，Shanghai200093，China）
Abstract：TheTiB2Cumatrixcompositeswithexcellentperformancesofhighstrengthandhighelectricconductivityhaveextensiveapplicationprospects.Inthepaper，wefocusonthefabricationtechniquesofTiB2Cumatrixcomposites.Theprospectsforthecompositesarealsopresented.
Keywords：highstrengthandhighelectricconductivity；TiB2Cumatrixcomposites；researchsituation；prospect
0前言
高强度导电材料在航空、航天、电工及电子等行业有着极为广泛的用途，如电车及电力火车架空导线、大容量触头开关、电阻焊电极、电触头、集成电路引线框架等，都需要既具有高导电导热性又具有高强度的耐热稳定性材料[1].铜基复合材料具有高耐热稳定性和高强高导的特点，克服了传统铜合金的某些不足，大大提高了使用温度范围，能较好地满足以上需求，因此，铜基复合材料近年来得到了较大的发展.
利用弥散耐热稳定性好的陶瓷粒子强化铜基体是一种很好的方法.其中TiB2陶瓷颗粒具有高熔点、高硬度、高弹性模量，耐磨性好，热膨胀系数较低和高导电导热等特性，同其他陶瓷增强材料相比，它使金属的导电率、热导率下降量较小，使得TiB2Cu基复合材料具有较高的导电率和高的软化温度，因而TiB2作为铜基增强相的研究，已成为复合材料研究领域的一大热点[23].TiB2Cu基复合材料既具有优良的导电性，又具有高的强度和优越的高温性能，被认为是极有发展潜力和应用前景的新型功能材料，已逐渐受到各国的高度重视[45].
TiB2增强铜基复合材料的力学性能，主要取决于铜基体、增强体的性能以及增强体与铜基体之间界面的特性.用于制备TiB2Cu基复合材料的传统方法，主要是非原位复合方式，即直接添加陶瓷强化粒子到熔融或粉末基体中，强化相与陶瓷金属基复合材料的合成不是同步完成.但外加的增强颗粒往往比较粗大，增强体与基体润湿性差，颗粒/基体界面反应始终是影响传统搅拌铸造和粉末冶金的技术难题[6].本文主要介绍了目前较有发展前途的、能使第二相弥散分布于基体中、甚至具有纳米级颗粒增强铜基复合材料的原位复合制备方法.
上海有色金属第34卷
第1期何代华，等：高强高导TiB2Cu基复合材料的研究现状及展望
1纳米级颗粒增强铜基复合材料的制备方法1.1机械合金化法
机械合金化法（MA）是Benjamin[7]等于20世纪60年代为解决TiB2Cu基复合材料中的浸润性问题而最先提出的，其原理是利用固态粉末直接形成合金的一种方法，后来为广大学者接受并广泛使用.
Biselli[7]等在1994年利用机械合金化法球磨Cu、Ti和B粉，经适当的热处理制取出TiB2Cu复合材料.X射线衍射和EDS分析表明，球磨粉只有加热到600℃附近才反应生成TiB2，到800℃附近反应完成.TEM观察发现，Cu5%（体积百分比）TiB2合金700℃挤压后在晶粒内部和晶界上分布有5～15nm的TiB2粒子.球磨粉在退火初期，硬度不断增加，到600℃附近达峰值，这是由于Ti和B粉发生反应生成稳定的硼化物所致，更高温度时硬度稍有降低，但降幅很小.西安交通大学董仕节[89]等研究了烧结工艺和TiB2含量对TiB2增强铜基复合材料性能的影响.提出TiB2/Cu复合材料导电率定量计算公式如下[10]：σ=σ01-11+0.87/c（1）σ为铜基复合材料导电率，σ0为基体铜的导电率，c为TiB2体积含量.
李京徽[11]采用机械合金化方法，先球磨制备CuTiB2复合粉末，然后通过压制烧结方法制备CuTiB2复合材料.提出了机械合金化法制备CuTiB2复合材料的合理工艺是：球磨时间60h，压制压力400MPa，烧结温度900℃，保温时间2.5h.
机械合金化法是在固态下实现合金化，不经过气相、液相，不受物质的蒸汽压、熔点等物理特性因素的制约，使过去用传统熔炼工艺难以实现的某些物质的合金化、远离热力学平衡的准稳态、非平衡态及新物质合成等成为可能；增强相与基体具有很好的结合性；增强相颗粒分布均匀，尺寸细小.唯一的缺点是制备过程中可能带入杂质，纯度不够高.
1.2自蔓延高温合成法
自蔓延高温合成法（SHS）是1967年由前苏联学者Merzhannov等发明的，是利用放热反应使混合体系的反应自发地持续进行，生成金属陶瓷或金属间化合物的一种方法.刘利[12]等采用自蔓延高温燃烧合成技术研究了材料体系对合成过程中产物特性（温度、燃烧速度及产物等）的影响.研究结果表明，在体系中添加一定的金属钼或铁，明显改善了体系的润湿性；钼或铁的加入使产物中金属分布更加均匀，大大降低了产物孔隙率.同时钼的加入还明显降低了晶粒尺寸.
SHS法制备金属基复合材料有生产过程简单、反应迅速、反应温度高以及易获得复杂相或亚稳定相和应用范围广等特点.但缺点是反应难以控制，产品空隙率高，难以获得高密度的产品，不能严格控制反应过程和产品的性能，所用原料往往可燃、易爆或有毒，需要采取特殊的安全措施.
1.3粉末冶金法
粉末冶金法是生产铜及铜基复合材料结构件、摩擦材料和高导电材料的重要方法[13].制备TiB2Cu一般采用直接混合法和包覆混合法制取[14].主要工艺过程包括：（1）制取复合粉末；（2）复合粉末成型；（3）复合粉末烧结.吴波[1516]等以Cu、Ti、B4C合金粉末为原料，制备了TiB2Cu复合材料，得出最佳工艺参数为：以TiB2理论生成量为5%（质量分数）配料，在800MPa压力下对球磨后的合金粉末进行模压，在1273℃经4.5h保温烧结，经原位反应可获得TiB100弥散增强的铜基复合材料.试样的导电率为：20.2%IACS，硬度（HV）为161.张剑平[6]等采用粉末冶金法制备了TiB2Cu复合材料，研究了真空加热烧结和微波烧结两种不同烧结方式对该复合材料组织和性能的影响.
粉末冶金法是最早用来制造金属基复合材料的方法，虽然有很多优点，如可实现多种类型的复合，充分发挥各组分材料的特性，是一种低成本生产高性能复合材料的工艺技术.但由于基体和增强相在尺寸、形状和物理化学性能上有很多差别，提高TiB2增强相与铜基体的润湿性，提高基体与增强相之间的界面结合强度，从而提高复合材料的综合性能，将依然是TiB2Cu基复合材料的研究方向.
1.4喷射沉积法
喷射沉积法制备TiB2Cu基复合材料，主要包括传统喷射沉积法和反应喷射沉积法.传统喷射沉积法是熔炼好含反应元素的合金后再进行喷射沉积[17].此方法是在铜合金熔体内反应元素间发生化学反应生成弥散粒子，然后利用喷射沉积法使强化粒子均匀分布在铜基体内.反应喷射沉积法是利用液滴与反应气体、注入的粒子或不同合金的液滴间发生原位化学反应合成弥散强化铜合金[1819].在反应喷射沉积过程中，由于液滴的比表面积大和处在高温状态，能使反应元素间在液滴飞行过程中或在沉积后，能在铜基体内部原位合成细小的弥散强化相.喷射沉积法的优点主要是：晶粒细小，无宏观偏析、颗粒均匀分布于基体中；一次性快速复合成坯料，生产工艺简单，效率高.
2高强高导TiB2Cu基复合材料的研究展望随着复合材料技术的发展，原位复合法得到了迅速发展，该材料以其独特的优点，在高强高导电性TiB2Cu基复合材料的制备方面显示出巨大的应用潜力和良好的发展前景.高强度导电TiB2Cu基复合材料是综合性能优良的新兴材料，这类材料在现代国防和民用工业领域有着很大的应用潜力.自20世纪70年代以来，高强度导电铜基材料的开发研究一直非常活跃，除了开发出多种高强度导电铜基复合材料外，还派生和创造出许多新的制备技术，对此类材料的基础理论也开展了广泛的研究.现有的高强度导电TiB2Cu基材料的开发及制备技术还存在诸多难题，我国在这方面的研制与发达国家相比还存在较大差距.因此，借鉴国外经验，今后的研发工作主要着眼于以下几个方面：
（1）对现有制备工艺的研究和改进.如在传统的粉末冶金法中引入由微波加热与基座辐射加热相结合的新型工艺；原位合成技术与粉末冶金技术的综合运用等，由单一的制备方法向几种工艺相复合的方向发展.
（2）TiB2增强相向超细化、纳米化方向发展.纳米增强相尺寸较小，容易聚集，所以可使纳米增强相的表面改性；TiB2纳米粒子与基体的界面相互作用机制，可优化界面结构，充分发挥界面的增强效应；纳米TiB2增强相在铜基体中更加均匀弥散地分布等是研究的热点.
（3）增强相也由单一的TiB2颗粒向复合陶瓷颗粒方面发展.如增加TiB2和Al2O3两相颗粒进行复合增强.
（4）充分发挥材料的设计自由性，探索高性能、低成本和容易大规模生产的TiB2Cu铜基复合材料的制备工艺，推进高强度导电材料的产业化应用，将成为今后研究的重要课题.
3结束语
基于TiB2Cu基复合材料优良的导电性、高强度和耐高温等一系列优异性能，今后围绕其导电性和强度展开研究仍是一个热点，进而简化工艺流程、降低生产成本，逐渐工业化也是今后的研究方向.特别是随着我国高铁系统的发展，TiB2Cu基复合材料的需求缺口很大，所带来的市场经济效益相当可观.
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