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ZrC-W复合材料的反应制备工艺研究

作　者: 甄淑颖
导　师: 王玉金
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料学
关键词: ZrC-W复合材料反应热压烧结球磨混合组织结构力学性能
分类号: TF124.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文采用原位反应热压烧结工艺制备了ZrC-W复合材料,并用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)等分析手段和三点弯曲、单边切口梁法、维氏硬度等测试方法对复合材料的组织结构及力学性能进行了系统研究。对复合材料的球磨混料工艺进行了初步探讨,系统研究了烧结温度、碳锆比及W含量对ZrC-W复合材料组织结构及力学性能的影响规律。球磨方式对复合粉末的形貌有显著影响,采用高能球磨对粉末的细化作用明显。采用WC球可以可有效地破碎粉末。随着球料比的增大和球磨时间的延长,复合粉末平均粒径减小,但时间过长,容易出现粉末的焊合和团聚现象。较优的球磨工艺是:高能球磨,球磨介质为WC,球料比为20:1,球磨时间12h。采用高能球磨粉末制备复合材料的宏观组织不均匀,分为两种区域,组织粗大区域和组织细小区域,细小区域的粒径约为1~2μm,组织分布均匀。随烧结温度的升高,复合材料的致密度逐渐增加,2000oC烧结的40vol%W/ZrC0.9复合材料的致密度达到99.9%。复合材料主要由W和ZrC两相组成。随烧结温度的升高、碳锆比的增加及W含量的增加,ZrC的晶格常数逐渐减小,主要是由于W在ZrC晶格中的固溶量增加所致。在碳-锆比为1的40vol%W/ZrC复合材料中出现W2C相,这主要是由于材料中的过量碳与W反应所致。随烧结温度的升高,复合材料的力学性能增大;随碳锆比的增加,材料的硬度增大,弹性模量基本保持不变,抗弯强度和断裂韧性先增大后减小,在碳-锆比为1时出现最大值;随W含量的增加,复合材料弹性模量、抗弯强度和断裂韧性增大,而硬度减小。2000oC烧结的40vol%W/ZrC0.9复合材料具有良好的综合力学性能,硬度、弹性模量、抗弯强度和断裂韧性分别达到9.8GPa、376GPa、541MPa和8.8 MPa·m1/2。主要韧化机制为W颗粒阻碍裂纹扩展和W颗粒的桥连作用。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-26
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 难熔金属-碳化物复合材料  10-18
    1.2.1 Mo系复合材料  11-14
    1.2.2 Nb系复合材料  14-15
    1.2.3 W系复合材料  15-18
  1.3 W-ZrC复合材料  18-24
    1.3.1 W-ZrC复合材料  18-21
    1.3.2 W-ZrC复合材料的制备方法  21-24
  1.4 研究的目的和意义  24-26
    1.4.1 研究的目的和意义  24
    1.4.2 主要研究内容  24-26
第2章材料与试验方法  26-32
  2.1 试验用原材料  26
  2.2 材料制备  26-29
    2.2.1 复合粉末的制备  26-28
    2.2.2 复合材料的制备  28-29
  2.3 复合材料的组织结构分析  29-30
    2.3.1 相对密度测定  29
    2.3.2 XRD物相分析  29-30
    2.3.3 SEM观察  30
  2.4 复合材料的力学性能测定  30-32
    2.4.1 抗弯强度及弹性模量测定  30-31
    2.4.2 断裂韧性测定  31
    2.4.3 维氏硬度测定  31-32
第3章复合粉末的球磨工艺研究  32-44
  3.1 球磨方式对复合粉末物相及显微组织的影响  32-34
    3.1.1 复合粉末的XRD图谱  32
    3.1.2 复合粉末的组织形貌  32-34
  3.2 球磨介质种类对复合粉末的物相及形貌的影响  34-36
    3.2.1 复合粉末的XRD图谱  34-35
    3.2.2 复合粉末的组织形貌  35-36
  3.3 球料比对复合粉末的物相及形貌的影响  36-38
    3.3.1 复合粉末的XRD图谱  36-37
    3.3.2 复合粉末的形貌分析  37-38
  3.4 球磨时间对复合粉末的物相及形貌的影响  38-40
    3.4.1 复合粉末的XRD图谱  38
    3.4.2 复合粉末的组织形貌  38-40
  3.5 高能球磨复合粉末制备复合材料的组织形貌及力学性能  40-42
    3.5.1 高能球磨复合粉末制备复合材料的组织形貌  40-41
    3.5.2 高能球磨复合粉末制备复合材料的力学性能  41-42
  3.6 本章小结  42-44
第4章 ZrC-W复合材料的组织与力学性能  44-61
  4.1 烧结温度对ZrC-W复合材料的组织结构及力学性能的影响  44-48
    4.1.1 烧结温度对复合材料的组织结构的影响  44-46
    4.1.2 烧结温度对复合材料的力学性能的影响  46-48
  4.2 碳-锆比对复合材料的组织结构和力学性能的影响  48-54
    4.2.1 碳-锆比对复合材料的组织结构的影响  48-50
    4.2.2 碳-锆比对复合材料的力学性能的影响  50-54
  4.3 W含量对复合材料的组织结构和力学性能的影响  54-59
    4.3.1 W含量对复合材料的组织结构的影响  54-56
    4.3.2 W含量对复合材料的力学性能的影响  56-59
  4.4 本章小结  59-61
结论  61-62
参考文献  62-67
攻读硕士学位期间发表的学术论文及申请的专利  67-69
致谢  69

ZrC-W复合材料的反应制备工艺研究

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