Cu/Ag添加劑對(duì)ζ-Ta 4 C 3-x 陶瓷物相生成及組織性能的影響
發(fā)布時(shí)間：2021-11-10 04:35
包括立方結(jié)構(gòu)TaCy、菱方結(jié)構(gòu)ζ-Ta4C3-x和六方結(jié)構(gòu)Ta2C在內(nèi)的幾種Ta-C化合物,都具有熔點(diǎn)高、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好、力學(xué)性能好等優(yōu)點(diǎn),具有超高溫應(yīng)用潛力。與其他兩種化合物相比,ζ-Ta4C3-x因其特殊片層結(jié)構(gòu)而韌性良好,因此倍受關(guān)注。ζ-Ta4C3-x研究最早可追溯到1958年ζ相的發(fā)現(xiàn),但多年來(lái)合成單相ζ-Ta4C3-x陶瓷的努力都未取得成功,限制了ζ-Ta4C3-x陶瓷的應(yīng)用開(kāi)發(fā)。本文以TaC和Ta粉為原料,采用反應(yīng)熱壓法制備TaCx復(fù)合材料,對(duì)其進(jìn)行后續(xù)熱處理,促進(jìn)ζ-Ta4C3-x相的生成和晶粒生長(zhǎng)。采用阿基米德排水法、X射線衍射法、掃描電鏡、透射電鏡、三點(diǎn)彎曲法、單邊切口梁法等分析測(cè)試方法,研究了C:Ta化學(xué)計(jì)量比(TaC0.5--0...
【文章來(lái)源】：北方民族大學(xué)寧夏回族自治區(qū)
【文章頁(yè)數(shù)】：85 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
鉭-碳相圖[8]
北方民族大學(xué)2020屆碩士學(xué)位論文第一章緒論-7-那時(shí)對(duì)ζ-Ta4C3-X相的結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分尚不清楚，故也將ζ-Ta4C3-X稱為ζ相。Rudy[49]最早提出了Ta-C相圖，隨著后期對(duì)C-Ta相圖的不斷完善，Brizes[50]在相圖中增加了ζ相區(qū)，并確定其含碳量約為0.16±0.016wt%，在目前通用的Gusev相圖[8]中，ζ相存在的范圍確定在TaC0.65-TaC0.68。圖1-2菱方ζ-Ta4C3-x單胞結(jié)構(gòu)[8]（六方坐標(biāo)系，沿c軸的面間距單位nm）Figure1-2rhombohedralζ-Ta4C3-xcellstructure[8](Inhexagonalcoordinatesystem,theunitofsurfacespacingalongthecaxisisnm)ζ-Ta4C3-x相（0.2≤x≤0.5）介于六方相和立方相碳化鉭之間，為確定其晶胞結(jié)構(gòu)，Yvon等人[51]利用X射線粉末衍射技術(shù)研究ζ相的金屬原子密堆格子，指出ζ相是由fcc原子層和hcp原子層按照ABABCACABCBC規(guī)律堆垛而成，C原子處在Ta原子的八面體間隙處。Gusev等人[8]使用固相合成法制得非化學(xué)計(jì)量TaC0.685-0.72粉末，并通過(guò)一系列表征手段，也確定了是fcc原子層和hcp原子層有規(guī)律交替排列組成ζ相的金屬原子密堆格子，并確定ζ相屬于菱方晶系的R-3m空間群，
北方民族大學(xué)2020屆碩士學(xué)位論文第一章緒論-9-反應(yīng)過(guò)程中，β-Ta2C晶胞持續(xù)獲得C原子，母相Ta亞格子由AB-AB排列轉(zhuǎn)變?yōu)锳BC-AC-ABC-BC排列，如果反應(yīng)不充分，那么所得產(chǎn)物將含有β-Ta2C。由此可見(jiàn)，ζ-Ta4C3-x相的生成必須借助γ-TaCy母相或β-Ta2C母相及C擴(kuò)散，從而造成ζ-Ta4C3-x所含雜相的途徑依賴。這就說(shuō)明，不借助γ-TaCy或β-Ta2C母相而由ζ-Ta4C3-x直接成核長(zhǎng)大，或?yàn)閷?shí)現(xiàn)ζ-Ta4C3-x純化合成的正確路徑。1.4.3ζ-Ta4C3-x陶瓷Shetty[52]等的報(bào)道揭示了C:Ta計(jì)量比的不同對(duì)碳化鉭力學(xué)性能的影響，TaCx（x=0.6~0.7）材料在顯微組織中觀察到片狀ζ-Ta4C3-X晶粒，該成分的陶瓷材料，具有高斷裂韌性（12.7MPam1/2），但是硬度較低（9.2GPa）；在TaCx（x=0.8~1.0）材料顯微組織中觀察到細(xì)小等軸晶c-TaCy。該成分材料具有高硬度（TaC0.8，20GPa），但是斷裂韌性較低（5.37MPam1/2）。ζ-Ta4C3-x相的存在提高了材料的斷裂韌性。另外，TaC晶粒和ζ-Ta4C3-x晶粒形貌也有很大不同。如圖1-3中TaC晶粒和ζ-Ta4C3-x晶粒的斷口形貌所示。圖中，與ζ-Ta4C3-x晶粒相比，TaC陶瓷的斷口平面更平整，所以其斷裂韌性值低。Alexandre等人[53]也證實(shí)了ζ-Ta4C3-x相具有較高的斷裂韌性。Schulz等[54]證明ζ-Ta4C3-x相晶粒具有優(yōu)良斷裂韌性，原因是由于斷裂時(shí)發(fā)生偏轉(zhuǎn)增韌機(jī)制和晶粒橋聯(lián)。Christopher[55]的利用計(jì)算方法研究ζ-Ta4C3-x相中C原子的有序排列，Sygnatowicz[56]等人以TaC和Ta為原料，利用反應(yīng)燒結(jié)制備ζ-Ta4C3-x相陶瓷，對(duì)Ta粉進(jìn)行氫化處理生成β-TaHx，促進(jìn)致密，制備燒結(jié)樣品中有86wt%菱方結(jié)構(gòu)ζ-Ta4C2.56和14%立方結(jié)構(gòu)TaC0.78，并說(shuō)明了中間反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程。（A）TaC陶瓷；（B）ζ-Ta4C3-x陶瓷圖1-3TaCx陶瓷材料斷口形貌的SEM圖(A)(B)
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]球磨時(shí)間對(duì)機(jī)械合金化制備N(xiāo)bMoTaW高熵合金粉末的影響[J]. 漆陪部,梁秀兵,仝永剛,陳永雄,張志彬. 稀有金屬材料與工程. 2019(08)
[2]High porosity and low thermal conductivity high entropy(Zr0.2Hf0.2Ti0.2Nb0.2Ta0.2C[J]. Heng Chen,Huimin Xiang,Fu-Zhi Dai,Jiachen Liu,Yiming Lei,Jie Zhang,Yanchun Zhou. Journal of Materials Science & Technology. 2019(08)
[3]MAX相陶瓷的制備、結(jié)構(gòu)、性能及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 鄭麗雅,周延春,馮志海. 宇航材料工藝. 2013(06)
[4]鉭、鈮碳化物制備技術(shù)的研究進(jìn)展[J]. 張浩,朱芳. 稀有金屬與硬質(zhì)合金. 2009(02)
[5]鎳助劑對(duì)碳化鉬催化劑的二苯并噻吩加氫脫硫性能的影響[J]. 靳廣洲,朱建華,樊秀菊,孫桂大,高俊斌. 催化學(xué)報(bào). 2006(10)
碩士論文
[1]熔鹽法合成TaC、NaTaO3陶瓷粉體的研究[D]. 閆帥.鄭州大學(xué) 2017
本文編號(hào)：3486585
【文章來(lái)源】：北方民族大學(xué)寧夏回族自治區(qū)
【文章頁(yè)數(shù)】：85 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
鉭-碳相圖[8]
北方民族大學(xué)2020屆碩士學(xué)位論文第一章緒論-7-那時(shí)對(duì)ζ-Ta4C3-X相的結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分尚不清楚，故也將ζ-Ta4C3-X稱為ζ相。Rudy[49]最早提出了Ta-C相圖，隨著后期對(duì)C-Ta相圖的不斷完善，Brizes[50]在相圖中增加了ζ相區(qū)，并確定其含碳量約為0.16±0.016wt%，在目前通用的Gusev相圖[8]中，ζ相存在的范圍確定在TaC0.65-TaC0.68。圖1-2菱方ζ-Ta4C3-x單胞結(jié)構(gòu)[8]（六方坐標(biāo)系，沿c軸的面間距單位nm）Figure1-2rhombohedralζ-Ta4C3-xcellstructure[8](Inhexagonalcoordinatesystem,theunitofsurfacespacingalongthecaxisisnm)ζ-Ta4C3-x相（0.2≤x≤0.5）介于六方相和立方相碳化鉭之間，為確定其晶胞結(jié)構(gòu)，Yvon等人[51]利用X射線粉末衍射技術(shù)研究ζ相的金屬原子密堆格子，指出ζ相是由fcc原子層和hcp原子層按照ABABCACABCBC規(guī)律堆垛而成，C原子處在Ta原子的八面體間隙處。Gusev等人[8]使用固相合成法制得非化學(xué)計(jì)量TaC0.685-0.72粉末，并通過(guò)一系列表征手段，也確定了是fcc原子層和hcp原子層有規(guī)律交替排列組成ζ相的金屬原子密堆格子，并確定ζ相屬于菱方晶系的R-3m空間群，
北方民族大學(xué)2020屆碩士學(xué)位論文第一章緒論-9-反應(yīng)過(guò)程中，β-Ta2C晶胞持續(xù)獲得C原子，母相Ta亞格子由AB-AB排列轉(zhuǎn)變?yōu)锳BC-AC-ABC-BC排列，如果反應(yīng)不充分，那么所得產(chǎn)物將含有β-Ta2C。由此可見(jiàn)，ζ-Ta4C3-x相的生成必須借助γ-TaCy母相或β-Ta2C母相及C擴(kuò)散，從而造成ζ-Ta4C3-x所含雜相的途徑依賴。這就說(shuō)明，不借助γ-TaCy或β-Ta2C母相而由ζ-Ta4C3-x直接成核長(zhǎng)大，或?yàn)閷?shí)現(xiàn)ζ-Ta4C3-x純化合成的正確路徑。1.4.3ζ-Ta4C3-x陶瓷Shetty[52]等的報(bào)道揭示了C:Ta計(jì)量比的不同對(duì)碳化鉭力學(xué)性能的影響，TaCx（x=0.6~0.7）材料在顯微組織中觀察到片狀ζ-Ta4C3-X晶粒，該成分的陶瓷材料，具有高斷裂韌性（12.7MPam1/2），但是硬度較低（9.2GPa）；在TaCx（x=0.8~1.0）材料顯微組織中觀察到細(xì)小等軸晶c-TaCy。該成分材料具有高硬度（TaC0.8，20GPa），但是斷裂韌性較低（5.37MPam1/2）。ζ-Ta4C3-x相的存在提高了材料的斷裂韌性。另外，TaC晶粒和ζ-Ta4C3-x晶粒形貌也有很大不同。如圖1-3中TaC晶粒和ζ-Ta4C3-x晶粒的斷口形貌所示。圖中，與ζ-Ta4C3-x晶粒相比，TaC陶瓷的斷口平面更平整，所以其斷裂韌性值低。Alexandre等人[53]也證實(shí)了ζ-Ta4C3-x相具有較高的斷裂韌性。Schulz等[54]證明ζ-Ta4C3-x相晶粒具有優(yōu)良斷裂韌性，原因是由于斷裂時(shí)發(fā)生偏轉(zhuǎn)增韌機(jī)制和晶粒橋聯(lián)。Christopher[55]的利用計(jì)算方法研究ζ-Ta4C3-x相中C原子的有序排列，Sygnatowicz[56]等人以TaC和Ta為原料，利用反應(yīng)燒結(jié)制備ζ-Ta4C3-x相陶瓷，對(duì)Ta粉進(jìn)行氫化處理生成β-TaHx，促進(jìn)致密，制備燒結(jié)樣品中有86wt%菱方結(jié)構(gòu)ζ-Ta4C2.56和14%立方結(jié)構(gòu)TaC0.78，并說(shuō)明了中間反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程。（A）TaC陶瓷；（B）ζ-Ta4C3-x陶瓷圖1-3TaCx陶瓷材料斷口形貌的SEM圖(A)(B)
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]球磨時(shí)間對(duì)機(jī)械合金化制備N(xiāo)bMoTaW高熵合金粉末的影響[J]. 漆陪部,梁秀兵,仝永剛,陳永雄,張志彬. 稀有金屬材料與工程. 2019(08)
[2]High porosity and low thermal conductivity high entropy(Zr0.2Hf0.2Ti0.2Nb0.2Ta0.2C[J]. Heng Chen,Huimin Xiang,Fu-Zhi Dai,Jiachen Liu,Yiming Lei,Jie Zhang,Yanchun Zhou. Journal of Materials Science & Technology. 2019(08)
[3]MAX相陶瓷的制備、結(jié)構(gòu)、性能及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 鄭麗雅,周延春,馮志海. 宇航材料工藝. 2013(06)
[4]鉭、鈮碳化物制備技術(shù)的研究進(jìn)展[J]. 張浩,朱芳. 稀有金屬與硬質(zhì)合金. 2009(02)
[5]鎳助劑對(duì)碳化鉬催化劑的二苯并噻吩加氫脫硫性能的影響[J]. 靳廣洲,朱建華,樊秀菊,孫桂大,高俊斌. 催化學(xué)報(bào). 2006(10)
碩士論文
[1]熔鹽法合成TaC、NaTaO3陶瓷粉體的研究[D]. 閆帥.鄭州大學(xué) 2017
本文編號(hào)：3486585
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