發(fā)布時間：2020-04-23 01:45

【摘要】：碳化鎢陶瓷以極高的硬度和耐磨損性被廣泛應(yīng)用,但脆性大、致密化困難,限制了其應(yīng)用。添加增韌相氧化鋯顆粒到碳化鎢陶瓷中,同時添加少量金屬粘結(jié)劑促進(jìn)燒結(jié),能夠改善材料性能。本文以0.53μm的碳化鎢粉末(含晶粒生長抑制劑0.54 wt.%Cr_3C_2和0.33 wt.%VC)和加入3mol.%Y_2O_3部分穩(wěn)定的氧化鋯(3Y-TZP)粉末為主要原料,Ni作為金屬燒結(jié)助劑,分別采用真空燒結(jié)/熱壓燒結(jié)+熱等靜壓后處理等制備工藝,進(jìn)行WC陶瓷的致密化燒結(jié),研究制備工藝和成分對復(fù)相陶瓷致密化的有效作用及其機理。研究結(jié)果表明:無金屬助燒劑的WC-ZrO_2復(fù)相陶瓷,真空燒結(jié)下極難達(dá)到材料致密,1800℃燒結(jié)的WC-4wt.%ZrO_2陶瓷致密度僅為76.27%,且生成大量缺碳相W_2C。而WC-4wt.%ZrO_2采用熱壓燒結(jié)方法在1600℃*0.5h制備工藝下,可實現(xiàn)材料基本致密化,熱等靜壓處理(1600℃×100MPa×2h)進(jìn)一步提升材料致密度。Zr O_2的存在對材料的燒結(jié)有促進(jìn)作用。適當(dāng)?shù)奶嵘裏釅簾Y(jié)溫度至1650℃,所制備的WC-2wt.%ZrO_2接近完全致密,其致密度可達(dá)99.15%,硬度為22.5GPa,斷裂韌性值為6.5MPa·m~(1/2)。與1600℃熱壓燒結(jié)及熱等靜壓處理后的WC-2wt.%ZrO_2樣品對比發(fā)現(xiàn),材料的熱等靜壓后處理并沒有適當(dāng)提高熱壓燒結(jié)溫度對性能的提高明顯。添加少量助燒劑的WC-Ni復(fù)合陶瓷,可以在真空燒結(jié)條件下實現(xiàn)初步致密化,并可運用真空燒結(jié)+熱等靜壓處理工藝制備復(fù)雜形狀的致密WC-Ni復(fù)合陶瓷。研究表明:當(dāng)Ni含量高于0.25wt.%后,即能實現(xiàn)WC復(fù)合陶瓷的基本致密。隨著Ni含量的增加,材料致密化程度不斷提升,且缺碳相W_2C生成量不斷減少;當(dāng)Ni含量達(dá)到1wt.%時,已無缺碳相生成。隨著Ni含量的增加,材料硬度逐漸降低,而斷裂韌性則隨著Ni含量的增加及致密化程度的不斷提升,呈現(xiàn)逐漸升高趨勢。其中,1700℃真空燒結(jié)的WC-0.5wt.%Ni的強韌性最好,熱等靜壓處理后,材料已完全致密,致密度為100.00%,硬度為24.9GPa,斷裂韌性高達(dá)12.2MPa·m~(1/2);抗彎強度隨著Ni含量的增加,呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢,WC-0.5wt.%Ni的彎曲強度最高,為749.2MPa,材料斷裂方式主要為WC顆粒的穿晶斷裂。而對于WC-ZrO_2-Ni復(fù)合陶瓷,由于Ni的添加,在真空燒結(jié)條件下,便可制備出基本致密的WC-ZrO_2-Ni復(fù)合材料。隨著燒結(jié)溫度的升高,材料致密度不斷提升。對1700℃真空燒結(jié)的WC-2wt.%ZrO_2-1wt.%Ni復(fù)合材料進(jìn)行1600℃×60MPa×2h的熱等靜壓后處理,可以進(jìn)一步使其致密化,相對密度達(dá)到99.96%。復(fù)合材料的高致密化以及ZrO_2韌性相的存在,提高了斷裂韌性及抗彎強度。WC-2wt.%Zr O_2-1wt.%Ni復(fù)合材料1700℃真空燒結(jié)及熱等靜壓后材料硬度可達(dá)22.4GPa,斷裂韌性為12.0MPa·m~(1/2),且彎曲強度高達(dá)1101.2MPa。材料的斷裂機制為WC基體和ZrO_2的穿晶斷裂以及少量ZrO_2和WC顆粒的沿晶斷裂。
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ174.6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2637217