创功能复合材料研究新路

来源:用户上传      作者: 赵建鑫

　　功能陶瓷研究起步于上世纪，如今它已在自动控制、电子、通讯、能源、交通、航空航天等部门发挥着重要作用。关于它的研究也日渐增多，虽然中国在这一领域起步晚，但是也取得了一定的成就。孟庆森教授作为梯度功能陶瓷制备及连接研究领域的著名学者，为我国功能陶瓷的研究做出了重要贡献。
　　孟庆森，工学博士，太原理工大学材料科学与工程学院教授（一级岗位），博士生导师，兼任中国机械工程学会微纳制造分会理事，中国机械工程学会失效分析分会理事，山西省焊接学会副理事长兼秘书长。
　　孟庆森多年致力于异种材料连接及界面物理性能领域的研究，承担和完成了多项国家级和省级科研项目，多次访问美国加州大学、澳大利亚WOLLONGONG大学开展合作研究。他在多物理场条件下异种材料连接中的冶金学和材料物理学新理论和新观点，得到了英国、美国、韩国、瑞典、新加坡及中国的同行专家和学者的广泛认同。
　　其在两个方面的研究发现在学术界占有重要地位，一是开发和发展了多层陶瓷（玻璃）功能陶瓷与金属材料阳极键合工艺及其专用设备方面的技术。二是合成陶瓷-金属层状梯度复合材料，实现了功能陶瓷与金属材料的快速连接。
　　第一，在功能陶瓷与金属材料阳极键合工艺的研究方面，孟庆森采用高温和高电压静电键合技术，通过对离子导电陶瓷（玻璃）材料与金属的高温静电场连接过程及界面结构及其形成原理的研究。他认为在温度场和静电场共同作用下结合界面形成的层状扩散过渡层，对连接强度有重要贡献。这一观点，具有独创性，在这一理论支持下，孟庆森拓展开发了多层材料共阳极法键合技术。
　　依据孟庆森提出的在温度场和电场共同作用下陶瓷（玻璃）与金属的键合界面形成的扩散过渡层及其对键合质量的影响的观点。他认为可以通过改变温度和电压及作用时间，来改变界面微观结构和提高键合质量。这对发展静电键合封装和MEMS技术具有较大科学意义和应用价值。
　　第二，在梯度复合材料研究上，孟庆森的这项研究采用MA-FAPAS复合技术，借助外加电场对被连接陶瓷表面的激活效应和中间层材料的燃烧反应放热，一步完成梯度结构的原位合成以及各层之间的活性扩散连接实验。研究了不同放热体系、温度场和电场强度等物理参数对材料燃烧合成过程和扩散连接界面的激活和形成结构机制的影响。
　　通过对(TiB2)pNi-Ni3Al-Ni等梯度复合材料的研究，孟庆森发现在电场、温度场和应力场的协同作用下界面形成的均匀致密的过渡区梯度溶解层结构，主要受到合金相图、反应热、扩散系数及电子风效应等因素的影响。连接界面快速形成致密的梯度结构有利于改善异质材料连接界面的大梯度应力分布的缺欠，提高连接强度和极端工况条件下的服役寿命。
　　这种梯度复合材料具有较高的强韧性能，表层硬度根据不同成分配比达到1.5-3.2GPa；抗热震性达到循环80次/温差500℃而不开裂；高温抗磨性比WC金属陶瓷提高23%/300℃。
　　孟庆森的研究得到国内外学者的认可，他先后在国内外核心专业杂志发表研究论文100余篇，其中70余篇被SCI、EI、ISPT收录。主持和完成国家自然科学基金项目3项和省、部级科学研究项目7项，国家科技进步二等奖1项，山西省科技进步奖3项。
　　学术一流的孟庆森，还有多项发明专利，尤其非晶态氧化层辅助的陶瓷与金属的静电键合和功能陶瓷与金属场致自蔓延燃烧连接，均具有极强的使用价值。目前，他的研究团队正致力于梯度功能材料在电力、矿山和太阳能热发电等能源装备中的开发应用。
　　孟庆森在学术研究的道路上风雨无阻几十年，而今已过花甲之年的他仍然不放弃学术之路，在研究的过程中勤勤恳恳。这孜孜以求的探索精神，为无数学者树立了榜样。
　　

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