本文關(guān)鍵詞：非化學(xué)計量比碳化鈦（鋯）的制備及其結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和氧化過程研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：TiC和ZrC具有許多優(yōu)良的物理和化學(xué)性能，因而在很多領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。本論文利用放電等離子(SPS)和高壓燒結(jié)(HPS)方法燒結(jié)了TiC、ZrC和TixZr1-xC納米晶/超細晶塊體，實現(xiàn)了低溫致密化燒結(jié)，并具有良好的力學(xué)性能。 利用球磨的方法，以微米金屬Ti/Zr粉和有機溶劑為原料制備了非化學(xué)計量比的TiCx、ZrCx納米粉末。研究了球磨機的轉(zhuǎn)速、球磨時間、不同的有機溶劑及有機溶劑的量對制備碳化物納米粉體的影響。 利用放電等離子燒結(jié)(SPS)方式，在1300℃燒結(jié)了TiCx超細晶塊體，平均晶粒尺寸在250~300納米之間，具有良好的致密度。通過控制制備納米粉的球磨時間，燒結(jié)粉體后可以得到不同碳含量的TiCx。燒結(jié)TiCx中存在碳空位有序，為立方結(jié)構(gòu)的Ti2C。非化學(xué)計量比的TiCx塊體硬度隨著碳含量的增加而增加，維氏硬度最高為17.9GPa，抗壓縮強度也隨著碳含量的增加而增加，最高抗壓強度為3.2GPa。在1200℃燒結(jié)了ZrC塊體，平均晶粒尺寸在100nm左右，維氏硬度達到17GPa。 TiCx納米粉體首先在真空環(huán)境800℃除氣30min，然后在3GPa壓力下進行變溫燒結(jié)。在1100℃的溫度下燒結(jié)的樣品平均晶粒尺寸約為100nm，維氏硬度達到26GPa，隨著溫度的升高，晶粒尺寸變大，樣品的硬度降低。與SPS燒結(jié)方式相比，高壓燒結(jié)方式顯著提高TiC0.85的硬度，并降低了燒結(jié)溫度。同樣對未經(jīng)真空熱處理的ZrC納米粉體進行了同樣工藝的高壓燒結(jié)，斷口形貌分析發(fā)現(xiàn)，燒結(jié)體存在較多的空洞，維氏硬度為16GPa。 利用SPS對TiCx、ZrCx混合納米粉體進行燒結(jié)，得到了完全固溶的TixZr1-xC塊體，并畫出了固溶相圖。燒結(jié)過程中先是生成富含ZrC的TixZr1-xC固溶相和富含TiC的TixZr1-xC固溶相，進一步提高燒結(jié)溫度形成了單相的TixZr1-xC固溶相。完全固溶的TixZr1-xC塊體比未完全固溶的塊體硬度高，而彈性模量低。燒結(jié)過程中，由于TiC和ZrC的相互制約晶粒生長，在1800℃燒結(jié)得到了平均晶粒尺寸在100nm~400nm之間的TixZr1-xC塊體，具有較高的硬度和斷裂韌性，其維氏硬度最高為24GPa，斷裂韌性最高為6.9MPa m1/2。 研究了SPS燒結(jié)的TiCx、ZrCx及TixZr1-xC樣品在空氣中的氧化過程。發(fā)現(xiàn)碳空位有序的TiCx及ZrCx的起始氧化溫度比化學(xué)計量比的TiC和ZrC低。含碳空位有序的TiC0.57在氧化過程中表現(xiàn)出明顯的三個階段，經(jīng)過分析，，我們認為銳鈦礦結(jié)構(gòu)的TiO2和TiC的失配性較差導(dǎo)致氧化速度的不同�？瘴挥行虻腪rC0.6在氧化過程中首先生成ZrC0.6O0.4，然后隨著溫度的升高進一步氧化得到四方相的ZrO2，還發(fā)現(xiàn)存在正交結(jié)構(gòu)的ZrO2。與單相TiC和ZrC相比，相互固溶TixZr1-xC的抗氧化能力明顯提高。
【關(guān)鍵詞】：TiC ZrC ZrxTi1-xC 機械合金化 SPS 納米 硬度 氧化 非化學(xué)計量比
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TQ127.12
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-25
• 1.1 選題背景及研究意義11-12
• 1.2 TiC、ZrC 晶體結(jié)構(gòu)及物理性能12-16
• 1.2.1 TiC、ZrC 的晶體結(jié)構(gòu)12-13
• 1.2.2 非化學(xué)計量比的 TiC、ZrC 和有序結(jié)構(gòu)13-15
• 1.2.3 TiC、ZrC 的物理性能15-16
• 1.3 TiC、ZrC 納米粉體制備及燒結(jié)方法16-20
• 1.3.1 TiC、ZrC 納米粉體制備方法16-18
• 1.3.2 TiC、ZrC 塊體的燒結(jié)方法18-20
• 1.4 TiC、ZrC 材料增韌方法20-21
• 1.5 TiC、ZrC 的氧化過程21-22
• 1.6 分析表征方法及軟件介紹22-23
• 1.7 論文主要內(nèi)容23-25
• 第2章 納米 TiC、ZrC 粉末制備及形成機理研究25-37
• 2.1 引言25-26
• 2.2 實驗優(yōu)化和分析26-31
• 2.2.1 轉(zhuǎn)速對球磨效率的影響27-28
• 2.2.2 不同球磨時間對球磨效率的影響28-29
• 2.2.3 不同有機溶劑對球磨效率的影響29-30
• 2.2.4 有機溶劑的劑量對球磨效率的影響30-31
• 2.3 TiC、ZrC 納米粉形成過程研究31-33
• 2.4 TiC 納米粉形貌分析33-34
• 2.5 其他過渡金屬碳化物34-36
• 2.6 本章小結(jié)36-37
• 第3章 放電等離子燒結(jié) TiC_x、ZrC 及力學(xué)性能研究37-57
• 3.1 引言37-38
• 3.2 樣品燒結(jié)過程38-39
• 3.3 不同碳含量 TiC_x塊體的燒結(jié)39-44
• 3.3.1 不同碳含量 TiC_x塊體的物相分析39-42
• 3.3.2 不同碳含量 TiC_x塊體的形貌分析42-43
• 3.3.3 樣品燒結(jié)過程及機理分析43-44
• 3.4 空位有序分析44-50
• 3.4.1 Ti_2C 超結(jié)構(gòu)的模擬44-46
• 3.4.2 Ti_2C 超結(jié)構(gòu)的 X 射線衍射分析46-48
• 3.4.3 Ti_2C 超結(jié)構(gòu)的透射電鏡分析48-50
• 3.5 不同碳含量 TiC_x力學(xué)測試及分析50-52
• 3.6 SPS 燒結(jié) ZrC 及力學(xué)性能分析52-56
• 3.7 本章小結(jié)56-57
• 第4章 高壓燒結(jié) TiC_(0.85)、ZrC 及力學(xué)性能研究57-67
• 4.1 引言57-58
• 4.2 實驗方法58-59
• 4.3 高壓燒結(jié) TiC_(0.85)及力學(xué)性能分析59-62
• 4.3.1 高壓燒結(jié) TiC_(0.85)的表征59-60
• 4.3.2 高壓燒結(jié) TiC_(0.85)的形貌分析60-62
• 4.3.3 高壓燒結(jié) TiC_(0.85)的力學(xué)性能及分析62
• 4.4 高壓燒結(jié) ZrC 及力學(xué)性能分析62-65
• 4.4.1 高壓燒結(jié) ZrC 的表征62-64
• 4.4.2 高壓燒結(jié) ZrC 的形貌分析64-65
• 4.4.3 高壓燒結(jié) ZrC 的力學(xué)性能及分析65
• 4.5 本章小結(jié)65-67
• 第5章 放電等離子燒結(jié) Ti_xZr_(1-x)C 及力學(xué)性能研究67-81
• 5.1 引言67-68
• 5.2 樣品燒結(jié)和測試方法68
• 5.3 Ti_xZr_(1-x)C 固溶體的燒結(jié)及形貌68-74
• 5.3.1 Ti_xZr_(1-x)C 固溶體的表征68-71
• 5.3.2 溫度對燒結(jié)固溶體的影響71-73
• 5.3.3 燒結(jié)固溶體的疇結(jié)構(gòu)分析73
• 5.3.4 Ti_xZr_(1-x)C 的晶粒抑制生長研究73-74
• 5.4 納米 Ti_xZr_(1-x)C 的力學(xué)性能及分析74-80
• 5.4.1 納米壓痕測量硬度及彈性模量74-76
• 5.4.2 維氏硬度與載荷的關(guān)系76-77
• 5.4.3 維氏硬度與斷裂韌性及分析77-80
• 5.5 本章小結(jié)80-81
• 第6章 TiCx、ZrCx和 Ti_xZr_(1-x)C 的氧化過程研究81-95
• 6.1 引言81-82
• 6.2 實驗方法82
• 6.3 TiC_(0.57)的氧化過程研究82-89
• 6.3.1 TiC_(0.57)的氧化過程及分析82-86
• 6.3.2 氧化時間對 TiC_(0.57)的氧化過程的影響86-89
• 6.4 ZrC 的氧化過程研究89-93
• 6.4.1 碳空位對 ZrC 的氧化過程的影響89-91
• 6.4.2 空位有序 ZrC_(0.6)氧化過程中正交結(jié)構(gòu)的 ZrO291-93
• 6.5 Ti_xZr_(1-x)C 的氧化過程研究93-94
• 6.6 本章小結(jié)94-95
• 結(jié)論95-97
• 參考文獻97-106
• 攻讀博士學(xué)位期間承擔的科研任務(wù)與主要成果106-108
• 致謝108-109
• 作者簡介109

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 何菊生;張萌;肖祁陵;;半導(dǎo)體外延層晶格失配度的計算[J];南昌大學(xué)學(xué)報(理科版);2006年01期

2 國義軍;桂業(yè)偉;童福林;代光月;;碳/碳化鋯復(fù)合材料燒蝕機理和計算方法研究[J];空氣動力學(xué)學(xué)報;2013年01期

3 高濂,宮本大樹;放電等離子燒結(jié)技術(shù)[J];無機材料學(xué)報;1997年02期

4 王念,周健;陶瓷材料的微波燒結(jié)特性及應(yīng)用[J];武漢理工大學(xué)學(xué)報;2002年05期

5 劉紅超,郭常霖;研究固體微結(jié)構(gòu)的X射線粉末衍射全譜圖擬合方法[J];物理學(xué)進展;1996年02期

6 華旭軍;朱伯銓;李雪冬;方斌祥;范正峗;;TiC-C復(fù)合粉體的制備及其對低碳鎂碳磚抗氧化性能的影響[J];武漢科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2007年02期

7 趙彥偉;劉宏瑞;李軍平;胡繼東;陳海坤;;ZrC粉體制備的研究進展[J];宇航材料工藝;2012年02期

8 李學(xué)芳;微波技術(shù)在硬質(zhì)工具材料工業(yè)中的新應(yīng)用[J];硬質(zhì)合金;2000年04期

9 顏練武;吳恩熙;黃伯云;;非化學(xué)計量化合物與過渡族金屬碳化物、氮化物研究進展[J];硬質(zhì)合金;2008年04期

10 宋瑞穎;劉寧;張紅芹;劉忠偉;蔡威;;ZrC陶瓷的性能、制備及應(yīng)用[J];硬質(zhì)合金;2009年02期

  本文關(guān)鍵詞：非化學(xué)計量比碳化鈦（鋯）的制備及其結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和氧化過程研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：391877