高熵化合物與硼化物復(fù)合燒結(jié)及微觀組織與性能研究
發(fā)布時間：2021-07-29 13:09
IV-VI族金屬碳化物、硼化物屬于超高溫材料,具有高硬度、高強(qiáng)度、高耐磨性、良好的熱性能以及高溫力學(xué)性能。但是由于強(qiáng)共價鍵的特性,使其缺少滑移系進(jìn)行塑性變形,造成韌性較低;強(qiáng)共價鍵還使原子擴(kuò)散系數(shù)低,難燒結(jié)。韌性低、燒結(jié)溫度高限制了這類材料的應(yīng)用。為解決這兩個問題,本課題選擇非化學(xué)計量比的TiNx/TiCx與碳化物、硼化物復(fù)合燒結(jié),利用N/C空位促進(jìn)物質(zhì)中原子間的擴(kuò)散,降低復(fù)合燒結(jié)體的燒結(jié)溫度,得到致密化的樣品。本文通過TiN0.3/TiC0.4與ZrB2的分層和等體積燒結(jié)探究了N/C空位對ZrB2的擴(kuò)散以及燒結(jié)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在較低溫度下擴(kuò)散界面均存在一定厚度的擴(kuò)散層,說明空位的存在促進(jìn)擴(kuò)散,降低了燒結(jié)溫度。通過對燒結(jié)體進(jìn)行性能測試,發(fā)現(xiàn)TiN0.3-ZrB2和TiC0.4-ZrB2燒結(jié)體分別在1700℃和1600℃時性能最好。高熵材料在熱力學(xué)上更加穩(wěn)定,尤其...
【文章來源】：燕山大學(xué)河北省
【文章頁數(shù)】：75 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
二硼化物的晶體結(jié)構(gòu)示意圖(M為Zr、Ti)
第 1 章 緒 論下 B2O3作為玻璃相存在于多孔的 ZrO2內(nèi)部及其表面，氧氣需要穿過玻璃相 B2O3和ZrO2才能到達(dá)基體表面，所以在低溫抗氧化中 B2O3和 ZrO2起到了良好的保護(hù)作用，使 ZrB2不會更深層的氧化。當(dāng)超過 B2O3的熔化溫度時，B2O3逐漸蒸發(fā)，溫度上升，B2O3的蒸發(fā)速率增加，溫度為 1000 ℃-1800 ℃時，B2O3只有少部分存在于與基體表面接觸的多孔ZrO2中，O2與基體接觸發(fā)生反應(yīng)只需要穿過多孔的ZrO2到達(dá)B2O3，并溶解到里面。溫度大于 1800 ℃時基體表面只剩下多孔結(jié)構(gòu)的金屬氧化物，O2十分容易與 ZrB2接觸并發(fā)生反應(yīng)。
多相再到單相的轉(zhuǎn)變。據(jù)我們所知，這類熵穩(wěn)定氧化物及其衍生物是迄今為止報道的最早的高熵陶瓷。2016 年，Joshua Gild 等人[32]成功制備出了高熵硼化物((Hf0.2Zr0.2Ta0.2Nb0.2Ti0.2)B2、(Hf0.2Zr0.2Ta0.2Mo0.2Ti0.2)B2、 (Hf0.2Zr0.2Mo0.2Nb0.2Ti0.2)B等），一系列的高熵硼化物是單相的六方 AlB2結(jié)構(gòu)。但是，含有 W 和 Mo 的硼化物同時加入的時候，會有第二相的存在。2018 年 Zhou 等人[33]成功制備出單相均勻的高熵碳化物(Hf-Ta-Zr-Nb)C，同樣當(dāng)組元中有 WC、Mo2C 兩個六方相化合物同時存在時，過渡金屬化合物不能形成單相的高熵化合物。隨后，Mayrhofer 等人[34]制備出 Zr0.23Ti0.20Hf0.19V0.14Ta0.24B2。Peng 等人利用非化學(xué)計量比的 TiN0.3與過渡族金屬碳化物制備出四元、五元、六元以及七元 TiN0.3-VC-NbC-TiC-TaC-Mo2C-WC 單相固溶體，具有優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)以及電學(xué)性能。TiN0.3的存在促進(jìn)燒結(jié)。Joshua Gild 等人對制備出的高熵硼化物進(jìn)行分析表明，對于所研究的多組元化合物中各金屬元素在金屬亞晶格的原子層之間沒有明顯的有序或偏析，表明不同金屬原子的占位是隨機(jī)的，高熵硼化物具有和二硼化物一樣的層狀六方晶體結(jié)構(gòu)，剛性二維硼化物層與金屬陽離子層交替出現(xiàn)，圖 1-3 是高熵硼化物晶體結(jié)構(gòu)示意圖。M4M5
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]超高溫陶瓷基復(fù)合材料制備與性能的研究進(jìn)展[J]. 齊方方,王子欽,李慶剛,王志,史國普,吳俊彥,李金凱. 濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2019(01)
[2]連續(xù)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料微觀力學(xué)研究進(jìn)展[J]. 劉海韜,楊玲偉,韓爽. 無機(jī)材料學(xué)報. 2018(07)
[3]硼化物超高溫陶瓷的研究進(jìn)展[J]. 彭易發(fā),李爭顯,陳云飛,饒志強(qiáng),邢開源,耿娟娟. 陶瓷學(xué)報. 2018(02)
[4]粉體合成工藝對TiB2–TiC復(fù)相陶瓷微觀組織及力學(xué)性能的影響[J]. 張宇,郭英奎,張馨予,趙彥偉,姚綿懿,王玉金. 硅酸鹽學(xué)報. 2017(12)
[5]碳化鉭陶瓷材料制備方法的研究進(jìn)展[J]. 爨炳辰,謝征芳. 陶瓷. 2017(04)
[6]ZrB2陶瓷制備研究進(jìn)展[J]. 周庭,謝征芳. 化工進(jìn)展. 2013(10)
[7]SPS燒結(jié)制備TiB2/TiC復(fù)合材料[J]. 馬志強(qiáng),紀(jì)引虎,王連軍. 無機(jī)材料學(xué)報. 2012(09)
[8]非化學(xué)計量化合物與過渡族金屬碳化物、氮化物研究進(jìn)展[J]. 顏練武,吳恩熙,黃伯云. 硬質(zhì)合金. 2008(04)
[9]硬質(zhì)材料中調(diào)幅分解的研究展望[J]. 榮春蘭,劉寧,章曉波,周軍,盧茂華. 硬質(zhì)合金. 2006(01)
[10]二硼化鈦電子結(jié)構(gòu)的量子化學(xué)計算[J]. 王皓,閔新民,王為民,傅正義,袁潤章. 中國有色金屬學(xué)報. 2002(06)
博士論文
[1]MA制備非化學(xué)計量比TiCx和TiNx及其燒結(jié)特性的研究[D]. 孫金峰.燕山大學(xué) 2010
碩士論文
[1]TiN0.3對多元過渡金屬共價鍵化合物燒結(jié)過程的影響[D]. 楊倩.燕山大學(xué) 2015
[2]非化學(xué)計量比TiNx的制備及相穩(wěn)定性研究[D]. 石青娟.燕山大學(xué) 2010
本文編號：3309382
【文章來源】：燕山大學(xué)河北省
【文章頁數(shù)】：75 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
二硼化物的晶體結(jié)構(gòu)示意圖(M為Zr、Ti)
第 1 章 緒 論下 B2O3作為玻璃相存在于多孔的 ZrO2內(nèi)部及其表面，氧氣需要穿過玻璃相 B2O3和ZrO2才能到達(dá)基體表面，所以在低溫抗氧化中 B2O3和 ZrO2起到了良好的保護(hù)作用，使 ZrB2不會更深層的氧化。當(dāng)超過 B2O3的熔化溫度時，B2O3逐漸蒸發(fā)，溫度上升，B2O3的蒸發(fā)速率增加，溫度為 1000 ℃-1800 ℃時，B2O3只有少部分存在于與基體表面接觸的多孔ZrO2中，O2與基體接觸發(fā)生反應(yīng)只需要穿過多孔的ZrO2到達(dá)B2O3，并溶解到里面。溫度大于 1800 ℃時基體表面只剩下多孔結(jié)構(gòu)的金屬氧化物，O2十分容易與 ZrB2接觸并發(fā)生反應(yīng)。
多相再到單相的轉(zhuǎn)變。據(jù)我們所知，這類熵穩(wěn)定氧化物及其衍生物是迄今為止報道的最早的高熵陶瓷。2016 年，Joshua Gild 等人[32]成功制備出了高熵硼化物((Hf0.2Zr0.2Ta0.2Nb0.2Ti0.2)B2、(Hf0.2Zr0.2Ta0.2Mo0.2Ti0.2)B2、 (Hf0.2Zr0.2Mo0.2Nb0.2Ti0.2)B等），一系列的高熵硼化物是單相的六方 AlB2結(jié)構(gòu)。但是，含有 W 和 Mo 的硼化物同時加入的時候，會有第二相的存在。2018 年 Zhou 等人[33]成功制備出單相均勻的高熵碳化物(Hf-Ta-Zr-Nb)C，同樣當(dāng)組元中有 WC、Mo2C 兩個六方相化合物同時存在時，過渡金屬化合物不能形成單相的高熵化合物。隨后，Mayrhofer 等人[34]制備出 Zr0.23Ti0.20Hf0.19V0.14Ta0.24B2。Peng 等人利用非化學(xué)計量比的 TiN0.3與過渡族金屬碳化物制備出四元、五元、六元以及七元 TiN0.3-VC-NbC-TiC-TaC-Mo2C-WC 單相固溶體，具有優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)以及電學(xué)性能。TiN0.3的存在促進(jìn)燒結(jié)。Joshua Gild 等人對制備出的高熵硼化物進(jìn)行分析表明，對于所研究的多組元化合物中各金屬元素在金屬亞晶格的原子層之間沒有明顯的有序或偏析，表明不同金屬原子的占位是隨機(jī)的，高熵硼化物具有和二硼化物一樣的層狀六方晶體結(jié)構(gòu)，剛性二維硼化物層與金屬陽離子層交替出現(xiàn)，圖 1-3 是高熵硼化物晶體結(jié)構(gòu)示意圖。M4M5
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]超高溫陶瓷基復(fù)合材料制備與性能的研究進(jìn)展[J]. 齊方方,王子欽,李慶剛,王志,史國普,吳俊彥,李金凱. 濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2019(01)
[2]連續(xù)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料微觀力學(xué)研究進(jìn)展[J]. 劉海韜,楊玲偉,韓爽. 無機(jī)材料學(xué)報. 2018(07)
[3]硼化物超高溫陶瓷的研究進(jìn)展[J]. 彭易發(fā),李爭顯,陳云飛,饒志強(qiáng),邢開源,耿娟娟. 陶瓷學(xué)報. 2018(02)
[4]粉體合成工藝對TiB2–TiC復(fù)相陶瓷微觀組織及力學(xué)性能的影響[J]. 張宇,郭英奎,張馨予,趙彥偉,姚綿懿,王玉金. 硅酸鹽學(xué)報. 2017(12)
[5]碳化鉭陶瓷材料制備方法的研究進(jìn)展[J]. 爨炳辰,謝征芳. 陶瓷. 2017(04)
[6]ZrB2陶瓷制備研究進(jìn)展[J]. 周庭,謝征芳. 化工進(jìn)展. 2013(10)
[7]SPS燒結(jié)制備TiB2/TiC復(fù)合材料[J]. 馬志強(qiáng),紀(jì)引虎,王連軍. 無機(jī)材料學(xué)報. 2012(09)
[8]非化學(xué)計量化合物與過渡族金屬碳化物、氮化物研究進(jìn)展[J]. 顏練武,吳恩熙,黃伯云. 硬質(zhì)合金. 2008(04)
[9]硬質(zhì)材料中調(diào)幅分解的研究展望[J]. 榮春蘭,劉寧,章曉波,周軍,盧茂華. 硬質(zhì)合金. 2006(01)
[10]二硼化鈦電子結(jié)構(gòu)的量子化學(xué)計算[J]. 王皓,閔新民,王為民,傅正義,袁潤章. 中國有色金屬學(xué)報. 2002(06)
博士論文
[1]MA制備非化學(xué)計量比TiCx和TiNx及其燒結(jié)特性的研究[D]. 孫金峰.燕山大學(xué) 2010
碩士論文
[1]TiN0.3對多元過渡金屬共價鍵化合物燒結(jié)過程的影響[D]. 楊倩.燕山大學(xué) 2015
[2]非化學(xué)計量比TiNx的制備及相穩(wěn)定性研究[D]. 石青娟.燕山大學(xué) 2010
本文編號：3309382
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