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直接还原碳化法制备碳化物—金属复合粉末及其材料

作　者: 闫丽
导　师: 邵刚勤
学　校: 武汉理工大学
专　业: 材料学
关键词: 过渡金属碳化物 复合粉末 金属陶瓷 直接还原碳化
分类号: TB383.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


过渡金属碳化物（NbC、Cr3C2、Mo2C、VC和TiC）具有高熔点、高硬度和高耐磨性等优点,被广泛用于切削工具、模具和催化剂等领域,也常被用作WC-Co硬质合金烧结过程中的晶粒生长抑制剂。由过渡金属碳化物与金属相（Co、Ni等）粘结而成的金属陶瓷具有高的硬度和耐磨性,目前有一些学者研究了碳化物在NbC-Co、Cr3C2-Co、Mo2C-Co和VC-Co金属陶瓷中的晶粒长大及其液相烧结机理,TiC-Ni金属陶瓷研究较多,但仅局限于以TiC和Ni混合粉末为原料的制备方法。总体上,对这类过渡金属碳化物-金属复合材料的性能研究很少。本实验以过渡金属氧化物（Nb2O5、Cr2O3、MoO3、V2O5、TiO2）、氧化钴（Co3O4）、氧化镍（NiO）和碳粉（C）为原料,用真空直接还原碳化技术分别制备了NbC-10wt.%Co、Cr3C2.10wt.%Co、Mo2C-10wt.%Co、VC-10wt.%Co和TiC-40wt.%Ni复合粉末,然后经过模压和冷等静压成型后真空烧结制备出相应的金属陶瓷。用XRD分析了不同反应温度和时间下生成的复合粉末的相组成,用SEM观察了复合粉末的形貌。结果表明:直接还原碳化法能够在较低温度下合成过渡金属碳化物-金属复合粉末,CO3O4和NiO的添加能够效降低过渡金属氧化物的碳化温度。并通过对比实验和热力学数据探讨了低温碳化的机理。测试了烧结样品的相对密度、抗弯强度、材料断口SEM图像以及X射线衍射谱。结果表明:在1420℃保温2h真空烧结条件下可以制得抗弯强度为608.00MPa,致密度为99.42%的NbC-Co金属陶瓷,在1420℃保温2h真空烧结条件下可以制得抗弯强度为560.52 MPa,致密度为97.01%的Cr3C2-Co金属陶瓷,在1370℃保温2h的条件下获得抗弯强度为409.48 MPa,致密度为98.73%的Mo2C-Co金属陶瓷,在1420℃保温2h真空烧结条件下可以制得抗弯强度为348.01 MPa,致密度为87.87%的VC-Co金属陶瓷,在1370℃保温2h真空烧结条件下可以制得抗弯强度为890.42 MPa,致密度为89.55%的TiC-Ni金属陶瓷。复合粉末坯体的烧结是典型的液相烧结,致密化主要是通过液相的粘性流动来完成,金属陶瓷的力学性能与显微组织有密切的关系,烧结过程中游离碳的含量、碳化物颗粒之间的接触度和晶粒生长过程是其力学性能的主要影响因素。真空直接还原碳化技术成本低廉、工艺易控、产业化前景好。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 引言  8-18
  1.1 金属陶瓷复合材料的研究概况  8-13
    1.1.1 金属陶瓷复合材料的研究意义  8-9
    1.1.2 金属陶瓷复合材料的研究现状  9
    1.1.3 金属陶瓷的复合机制  9-13
      1.1.3.1 材料组成的选择原则  10
      1.1.3.2 相间热力学  10-11
      1.1.3.3 陶瓷相在金属相中的溶解  11-12
      1.1.3.4 表面张力和液相对固相的润湿  12-13
  1.2 碳化物基金属陶瓷的研究概况  13-15
  1.3 本论文研究的设想、优势和应用  15-18
    1.3.1 直接还原碳化法  15-16
    1.3.2 碳化物-金属复合粉末研究的理论背景及其制备  16-18
第2章 实验部分  18-23
  2.1 实验思路设计  18-19
  2.2 实验部分  19-23
    2.2.1 原料的选择  19
    2.2.2 实验测试仪器及设备  19-20
    2.2.3 实验步骤  20
    2.2.4 材料表征与性能测试  20-23
第3章 实验结果与分析  23-44
  3.1 碳化物-金属复合粉末的制备及分析  23-31
    3.1.1 NbC-Co复合粉末的制备及分析  23-25
    3.1.2 Cr_3C_2-Co复合粉末的制备及分析  25-26
    3.1.3 Mo_2C-Co复合粉末的制备及分析  26-27
    3.1.4 VC-Co复合粉末的制备及分析  27-28
    3.1.5 TiC-Ni复合粉末的制备及分析  28-30
    3.1.6 复合粉末的总碳和氧含量分析  30-31
  3.2 碳化物-金属复合材料的性能测试与分析  31-44
    3.2.1 烧结致密化过程的分析  31-32
    3.2.2 烧结体的物相分析  32-34
    3.2.3 烧结体的显微结构分析  34-36
    3.2.4 成型方式对烧结体性能的影响  36-37
    3.2.5 烧结制度对材料性能的影响  37-39
    3.2.6 烧结制度对碳化物晶粒长大的影响  39-42
    3.2.7 湿润性对碳化物晶粒长大的影响  42-44
第4章 结论  44-45
参考文献  45-49
致谢  49-50
附录 硕士期间发表的论文  50

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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