本文首先應(yīng)用EET理論系統(tǒng)研究了添加不同碳化物時(shí)金屬陶瓷陶瓷相的價(jià)電子結(jié)構(gòu)以及(Ti,Me)(C,N)/Ni(Co、α-Fe、Fe3Al、FeAl、NiAl)金屬陶瓷體系的界面價(jià)電子結(jié)構(gòu),分析了界面價(jià)電子結(jié)構(gòu)參數(shù)與金屬陶瓷力學(xué)性能之間的關(guān)系。在計(jì)算的基礎(chǔ)上運(yùn)用液相燒結(jié)技術(shù)制備了納米改性Ti(C,N)基金屬陶瓷材料,分析了Ti(C,N)基金屬陶瓷的組織、力學(xué)性能及熱沖擊性能。主要內(nèi)容如下： 首先,介紹了Ti(C,N)基金屬陶瓷的發(fā)展、制備方法以及成分對(duì)組織和力學(xué)性能的影響。指出了EET理論的基本原理、研究進(jìn)展以及應(yīng)用情況。 其次,運(yùn)用EET理論和BLD法研究了添加不同碳化物(Mo2C、WC、NbC、TaC、Cr3C2、VC)對(duì)金屬陶瓷的陶瓷相價(jià)電子結(jié)構(gòu)的影響,分析了價(jià)電子結(jié)構(gòu)參數(shù)(nA)與金屬陶瓷材料潤(rùn)濕性(0)以及力學(xué)性能(硬度、強(qiáng)韌性)之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上計(jì)算了(Ti,Me)(C,N)/Ni(Co、α-Fe、Fe3Al、FeAl、NiAl)金屬陶瓷體系的界面價(jià)電子結(jié)構(gòu)(最強(qiáng)鍵共價(jià)電子數(shù)(nA),晶面電子密度(ρ)和界面價(jià)電子密度差(Δρ))。研究表明：(1)與WC、NbC、TaC、Cr3C2、VC等碳化物相比,(Ti,Mo)(C,N)/Ni體系界面價(jià)電子密度連續(xù)性較好；實(shí)驗(yàn)證明,Mo2C對(duì)Ni/Ti(C,N)金屬／陶瓷材料的潤(rùn)濕性的改善作用最為明顯。當(dāng)碳化物添加量為10wt.%時(shí),不同碳化物對(duì)潤(rùn)濕性改善程度依次為：Mo2CTaCWCVCNbC。(2)(Ti,Me)(C,N)(110)/Ni(Co)(110)體系的界面價(jià)電子密度差(Δρ)小于10%,即界面價(jià)電子連續(xù)性好,界面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；總體來說,金屬及金屬間化合物對(duì)異相界面價(jià)電子密度差的影響順序?yàn)?由強(qiáng)到弱)：Ni(Co)FeAlα-FeFe3AlNiAl。(3)綜合研究了價(jià)電子結(jié)構(gòu)、界面價(jià)電子結(jié)構(gòu)與材料強(qiáng)韌性之間的關(guān)系,指出采取原位復(fù)合制備工藝控制界面結(jié)合時(shí),應(yīng)該盡量在復(fù)合材料中存在更多的(110)Ni/(110)C、(110)Co/(110)C等界面,這樣使Ti(C,N)基金屬陶瓷復(fù)合材料具有更優(yōu)異的綜合力學(xué)性能。 接下來在基于界面價(jià)電子結(jié)構(gòu)計(jì)算的基礎(chǔ)上,制備了納米改性Ti(C,N)基金屬陶瓷材料樣品,研究了其組織、力學(xué)性能及抗熱沖擊性能。結(jié)果表明：(1)XRD與SEM分析表明,(Ti,Mo,W)(C,N)-Ni-Co金屬陶瓷組織仍為兩相結(jié)構(gòu)(陶瓷相+金屬相),其中較粗大的陶瓷相顆粒呈明顯的芯／殼(core/rim)結(jié)構(gòu)。(2)隨著金屬相含量的增加(Ti,Mo,W)(C,N)-Ni-Co金屬陶瓷的組織更加均勻；而隨著Mo含量的增加,金屬陶瓷的組織存在著變細(xì)的趨勢(shì)。研究表明,(Ti,Mo,W)(C,N)-Ni-Co金屬陶瓷具有優(yōu)良的力學(xué)性能,其硬度值(HRA)達(dá)到91.5以上,抗彎強(qiáng)度達(dá)到1350MPa以上。(3)就材料的硬度而言,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與價(jià)電子結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果是相符的；(4)高溫?zé)釠_擊實(shí)驗(yàn)表明：和普通的金屬陶瓷相比,納米改性金屬陶瓷的抗熱沖擊性能較好；隨著熱沖擊循環(huán)次數(shù)的增加,試樣表面的孔洞數(shù)量和尺寸都有明顯的增加；裂紋在擴(kuò)展過程中存在彎曲、偏轉(zhuǎn)及橋接現(xiàn)象。
【學(xué)位單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2010
【中圖分類】：TG148
【部分圖文】：

Ti(C，N)基金屬陶瓷的演化是一個(gè)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的過程，成分的設(shè)計(jì)與性能的改善密切相關(guān)，表1一1是Ti(C，N)基金屬陶瓷發(fā)展過程。圖1一1為金陶瓷復(fù)合材料各組分的功能分類情況[’1。Ti(C，N)基金屬陶瓷刀具在許多加工場(chǎng)合下可成功地取代WC基硬質(zhì)合金而被廣泛用作工具材料，填補(bǔ)了WC基硬質(zhì)合金和A12O3陶瓷刀具材料之間的空白171。自20世紀(jì)80年代以來，Ti(C，N)基金屬陶瓷獲得了迅速的發(fā)展，各國硬質(zhì)合金生產(chǎn)廠家先后推出了系列Ti(C，N)基金屬陶瓷刀具。由于Ti(c，N)基金屬陶

(100)面的界面價(jià)電子密度差大于10%，但是其數(shù)值在10%附近，認(rèn)為他們與陶瓷相的界面價(jià)電子連續(xù)性較差一些。*一(110)el(110)Ni一(110)e/(110)eo*一(110)el(110)Ni一(110)el(110)eo︵歲︶d閱了☆一(100)el(110)a一Fef☆一(100)el(110)a一re(100)el(110)FeA-(100)el(220)Fe3A-一(100)e，(110)NIA-‘一(飛00)el(110)FeA-△一(100)el(220)Fe3A-o一(100)el(110)NIA-05101520MoZC含量(wt2530354005份、10152025303540WC含量(wt.%)(a)10TIN一xMoZC一15WC一TIC/粘結(jié)相體系(b)一oTIN一1sMoZe一xwe一Tiez粘結(jié)相體系圖3一12碳化物含量對(duì)四元Ti(C，N)金屬陶瓷界面價(jià)電子密度差的影響

電子密度連續(xù)性的影響(由強(qiáng)到弱)依次為:Ni(c。)>FeAI>。一Fe>Fe3AI>NIAI，說明金屬相Ni、Co(110)面最易與(Ti，Mo，W)(e，N)陶瓷相(110)面結(jié)合，界面結(jié)最穩(wěn)定;而金屬間化合物NIAI(1一0)面與(Ti，M。，w)(e，N)陶瓷相(100)面的界面定性最差。考慮不同復(fù)合添加物含量的loTIN一xMoZC一ywc一TIC/粘結(jié)相金屬瓷體系的界面價(jià)電子密度連續(xù)性可得到:(1)在10TIN一xMoZC一15WC一TIC/粘結(jié)相體系中，當(dāng)MoZC含量為IOwt.%金屬相Ni(110)面和(Ti，Mo，W)(C，N)陶瓷相(110)面的界面價(jià)電子密度差相對(duì)小為(表3一33):0.611%，這說明金屬相Ni(110)面與(Ti，Mo，W)(C，N)陶瓷相(界面結(jié)合能力優(yōu)于其他的金屬相及金屬間化合物，也即相比其它金屬及金屬化合物，金屬相Ni(110)面與陶瓷相的(110)面的界面結(jié)合性能較好。(2)在IOTIN一15MoZC一xWC一TIC/粘結(jié)相體系中，當(dāng)WC含量為20wt.%金屬相Ni(110)面和(Ti，Mo，W)(C，N)陶瓷相(110)面的界面價(jià)電子密度差相對(duì)小為(表3一36):0.015%，這說明金屬相Ni(110)面與(Ti，Mo，W)(C，N)陶瓷相(界面結(jié)合能力優(yōu)于其他的金屬相及金屬間化合物。
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本文編號(hào)：2885583