碳化鎢-碳化硅粉體及其復(fù)合材料的制備與表征研究.pdf

1、WC/SiC復(fù)合材料因其高強(qiáng)度、高硬度、耐磨性和抗腐蝕性能良好而廣泛應(yīng)用于武器裝備、航空航天、汽車(chē)、電子加工和金屬切削等行業(yè)。鎢是稀有不可再生資源,用超細(xì)SiC粉部分取代WC制備性能優(yōu)越的復(fù)合材料,能有效利用SiC基磨料工業(yè)的超細(xì)尾砂,而且減少鎢金屬的使用量。現(xiàn)階段對(duì)WC/SiC復(fù)合材料的研究很少,主要采用固相法直接用WC增韌SiC,組分均勻性與界面結(jié)合強(qiáng)度難以控制。本研究在SiC顆粒表面原位合成均勻包裹的WC顆粒,提高兩相界面結(jié)合強(qiáng)度

2、,制備出綜合性能優(yōu)良的WC/SiC復(fù)合材料。
　　 論文以偏鎢酸銨和SiC粉為主要原料,經(jīng)沉淀法和水熱法制得H2WO4/SiC前驅(qū)粉體,煅燒后得到WO3/SiC復(fù)合粉體;以所得H2WO4/SiC和WO3/SiC粉體為原料,CO/CO2氣氛下管式電爐中碳化制備WC/SiC復(fù)合粉體。此外,先機(jī)械球磨制得偏鎢酸銨與SiC混合粉體,CO/CO2氣氛下管式電爐中部分碳化得到不純WC/SiC粉體后,加入乙酸鈷混合,得到的產(chǎn)物再次碳化制得WC

3、/SiC/Co復(fù)合粉體。為了對(duì)比,機(jī)械球磨所得的偏鎢酸銨、SiC與乙酸鈷的混合粉體,經(jīng)CO/CO2氣氛管式電爐直接碳化制得WC/SiC/Co復(fù)合粉體。最后以所得WC/SiC復(fù)合粉體為增強(qiáng)組分或主要成分制備塊體材料:將純凈WC/SiC復(fù)合粉體作為增強(qiáng)體加入到Fe、Cu、Al等金屬基體中,經(jīng)SPS法制得WC/SiC增強(qiáng)金屬基塊體材料;以WC/SiC/Co復(fù)合粉體為原料,經(jīng)SPS或真空熱壓燒結(jié)制得WC/SiC/Co超硬材料。對(duì)原料、中間產(chǎn)物以

4、及終端復(fù)合粉體與塊體材料的物相組成、形貌與結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能等進(jìn)行了系統(tǒng)表征、分析。
　　 酸沉淀法制備H2WO4/SiC前驅(qū)體主要受溶液pH(1～7)、溫度(20～100℃)、SiC顆粒尺寸(1～18μm)等因素影響;在溶液pH≈1、SiC(μm)時(shí),80℃水浴24h得到的H2WO4/SiC經(jīng)400～500℃煅燒2h后,WO3在SiC表面包裹均勻;120與150℃水熱反應(yīng)5h制備的H2WO4/SiC粉體經(jīng)煅燒制得的WO3/SiC中

5、,WO3在SiC表面分布均勻,但WO3有明顯層片狀生長(zhǎng),150℃時(shí)更加明顯。前驅(qū)體的碳化主要受碳化溫度(650～850℃)和通氣流量(CO80～100mL/min,CO210～30mL/min)的影響,通氣流量CO/CO2=100/10時(shí)碳化效果最好,在750℃碳化5h后前驅(qū)體中WO3約80％轉(zhuǎn)化為WC。
　　 為增強(qiáng)WC/SiC復(fù)合粉體與金屬基體間的界面結(jié)合,在粉體中加入乙酸鈷,750℃下碳化6～8h得到純凈WC/SiC/Co

6、復(fù)合粉體;WC/SiC作為增強(qiáng)體對(duì)金屬基材料力學(xué)性能有明顯增強(qiáng),700℃時(shí)SPS制得的WC/SiC-Cu塊體材料將純銅塊體材料的抗彎強(qiáng)度和硬度分別提高了26.71%和60.80%。分步碳化制得的WC/SiC/10%Co復(fù)合粉體經(jīng)SPS制備塊體復(fù)合材料的最優(yōu)燒結(jié)溫度為1200℃、保溫時(shí)間10min,得到的塊體材料硬度86HRA、強(qiáng)度1146MPa;直接碳化得到的不同Co含量的WC/SiC/Co復(fù)合粉體在1400～1450℃真空熱壓燒結(jié)后,