以双金属、氮化物和氧化物作为吸光组元的金属陶瓷涂层是一类极具发展潜力的耐高温光热转换涂层，为了明确其光谱选择性吸收机理，采用第一性原理计算和有限差分时域（FDTD）法研究了WTi、Cr₂O₃和TiN的能带结构、电子结合特性和分布特征对选择吸收特性的影响。研究结果表明：WTi双金属纳米颗粒因Ti的掺杂会产生强烈的原子轨道杂化，导致能带上移和带宽变窄，可以强化对电子的局域限制，有助于增强带间耦合作用和表面等离子体激元共振效应；Cr₂O₃氧化物纳米颗粒中存在较窄的禁带，键长易发生变化，故在高温下其光吸收机制会从电子跃迁方式向表面等离子体激元共振效应转变；TiN氮化物纳米颗粒中不存在禁带，体现出更广的光吸收波长范围，同时颗粒间稳定的键长和较高的载流子浓度增强了体系的稳定性和自由载流子光吸收效应。此外，FDTD模拟发现，小尺寸纳米颗粒在0.3~1.5 μm波段内具有很高的吸收系数，而大尺寸纳米颗粒虽然吸收系数不高，但是具有更高的散射系数。基于此，创新性地提出了多尺度分层化金属陶瓷光热转换涂层的组织构筑策略，使不同粒径的纳米粒子呈分层化有序排列，可以充分利用不同粒径纳米颗粒在不同波段的吸收优势并增强纳米粒子间的相互作用，有助于实现对太阳光的全谱吸收。实验研究结果表明，纳米颗粒分层化的AlCrON基金属陶瓷光热转换涂层不仅吸收率高达0.901，发射率还仅为0.184，同时能够在500 ℃、大气环境下保持稳定1000 h以上，表现出极为优异的光谱选择吸收性和热稳定性。

分别以Al粉、Al-12Si、Al-20Si合金粉为相变介质,粉煤灰为基体材料，采用混合烧结法在空气、真空两种烧结氛围下制备金属/陶瓷基高温定形复合相变材料，探讨相变介质中硅铝相对含量及烧结氛围对材料蓄热性能的影响。结果表明：分别用三种金属粉制备复合相变材料时，Al的氧化难以避免，致使Si的相对含量均超过共晶点组成，凝固时其状态点始终处于共晶相+Si相的两相区，未被氧化的Al都转变成为Al-Si共晶相。空气中烧结有利于Al形成致密氧化膜从而阻止其进一步反应，材料的密度、相变潜热都比真空中烧结高。三种复合相变材料中，由Al粉制备的热稳定性最差，由Al-12Si合金粉制备的相变潜热、保留率最高，热稳定性及蓄热性能突出。

Mo2NiB2三元硼化物具有高硬度与良好耐腐蚀等性能, 可应用于Q235钢的表面防护。以Mo、Ni与B粉末为原料, 采用激光熔覆技术在Q235基材表面原位合成Mo2NiB2基金属陶瓷熔覆层, 研究了激光熔覆次数对熔覆层组织结构与性能的影响。研究发现, Mo2NiB2熔覆层由Mo2NiB2陶瓷硬质相与FeNi合金黏结相构成, 随着激光熔覆次数的增加, Mo2NiB2陶瓷相含量先增后减。Mo2NiB2陶瓷相趋于熔覆层中间部位聚集, 且熔覆层与Q235基材间形成成分梯度变化的冶金结合区。随着激光熔覆次数的增加, Mo2NiB2熔覆层的硬度与耐腐蚀性能均先提高后降低, 在3次激光熔覆时两者为最优, 其硬度高于Q235基材1个数量级, 而自腐蚀电流密度低于Q235基材2个数量级。Mo2NiB2熔覆层性能主要取决于熔覆层的组织结构与陶瓷相的相对含量。

Ag基电触头是低压开关的“心脏”, 触头无Cd化一直困扰着人们, 寻找新型环保电触头材料是目前低压开关领域研究的重点。本研究从Ag基电触头增强相材料设计入手, 利用简单快速的无压技术合成了高纯Ti₂AlC粉末(99.2%), 制备的Ag/Ti₂AlC复合电触头材料组织均匀、Ti₂AlC颗粒与Ag基体结合紧密、相对密度高(95.7%)、硬度适中(96HV)、导电性好(电阻率低至79.5 nΩ·m)、抗电弧侵蚀性能优良(5610次电弧放电后触头质量损失仅为4.4wt%)。Ag/Ti₂AlC优良的结构和性能主要归因于Ti₂AlC本身的导电导热性能和Ag/Ti₂AlC之间的润湿性。该复合材料在进一步深入研究后, 有望大面积应用并替代传统电触头材料。

为了进一步研究激光熔覆Ni-Al/Al2O3-13%TiO2金属陶瓷涂层的硬度及耐磨性,应用YLS-2000 光纤激光器在45钢基体上分别制备Ni-Al涂层及Ni-Al/Al2O3-13%TiO2金属陶瓷涂层。通过金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线能谱分析、X射线衍射等系统地研究涂层的组织形貌、物相组成及元素分布。采用HXD-1000TB维氏硬度仪测定涂层截面显微硬度分布,利用M-2000磨损试验机进行磨损试验。结果表明,Ni-Al/Al2O3-13%TiO2金属陶瓷涂层的宏观成形质量较好,无裂纹,其涂层的截面最高硬度约为Ni-Al涂层的2倍,约为基体的4倍;其磨损体积约是45钢基体的1/8,相较于Ni-Al涂层的磨损体积降低了30%。Ni-Al/Al2O3-13%TiO2金属陶瓷涂层组织更加均匀致密,其硬度及耐磨性能相较于Ni-Al涂层及基体材料显著提升,该研究对于金属陶瓷材料的整体性能分析具有一定的参考意义。

为分析原位合成Cr3C2-NiCr金属陶瓷激光沉积层结合区各组织的生成机制，以质量分数为Ni25%-Cr65%-石墨10%能量色散光谱单元素混合粉为原料原位合成激光沉积层，利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜(X射线能谱仪)等手段研究沉积层结合区显微组织特点，结合激光熔池冶金热力学过程，分析结合区显微组织形成机制。结果表明，Cr3C2-NiCr金属陶瓷层主要由Cr3C2、Cr7C3和Ni基固溶体组成，沉积层与45#钢基体的结合区分为共晶区、枝晶区和平面晶区。根据石墨在Cr-Ni熔池中溶解进程，可以得到结合区碳化物的生长过程，即枝晶前沿生长出Ni+M23C6共晶，并包围低熔点合金生长出壳状M7C3碳化物，在熔池中生成Cr3C2-NiCr金属陶瓷。

采用 5 kW CO2激光器在 45钢表面熔覆制备 MoB/CoCr金属陶瓷涂层, 采用 SEM、EDS和显微硬度计分别对在不同扫描速度下熔覆区的微观组织结构、化学成分分布和硬度进行测试。结果表明：熔覆区组织致密、无裂纹；200 mm/s扫描速度下熔覆区的组织呈现树枝晶—胞状树枝晶—胞状晶过渡, 400 mm/s扫描速度时, 熔覆区的组织呈现胞状树枝晶—胞状晶—平面晶过渡；熔覆层的主要化学成分均为 Mo、Cr、Co和 Fe；熔覆区的显微硬度明显提高, 是 45钢基体硬度的 9倍以上。

研究了激光感应复合快速熔覆(LIHRC)碳化钨金属陶瓷层的影响因素。结果表明,随着感应预热温度的增加,激光感应复合快速熔覆的效率增加;基材类型对激光感应复合快速熔覆的效率也有较大影响,这主要是由基材的热物理性能参数(如熔点、电阻率与磁导率)决定;随着激光比能与基材感应预热温度的增加,复合层的稀释率增加;随着粉末面密度的增加,复合层的稀释率降低。此外,在激光感应复合快速熔覆过程中,复合粉末的利用率不仅与激光工艺参数、感应预热温度有关,还与WC颗粒的含量以及粘结金属的种类有关。