熱壓燒結(jié)WC-Al2O3（片狀）復(fù)合材料的制備和性能研究.pdf

1、WC基硬質(zhì)合金以其強(qiáng)、硬度高，耐磨性好，熱膨脹系數(shù)低等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代生活技術(shù)的各個領(lǐng)域均得到廣泛應(yīng)用。目前硬質(zhì)合金領(lǐng)域主要以WC-Co型硬質(zhì)合金為主體，但Co屬于不可再生的戰(zhàn)略性資源，儲量不足，價格昂貴，尤其我國的Co資源匱乏，主要依賴進(jìn)口。因此，尋求地殼中含量豐富的元素來替代Co，制備性能良好的WC基硬質(zhì)合金具有重大意義。本課題組前期研究采用無定形態(tài)Al2O3作為Co的替代物，制備WC-Al2O3型硬質(zhì)合金獲得了一定的進(jìn)展。由于第二相材

2、料的具體形狀對復(fù)合材料的力學(xué)性能有較大的影響，為了進(jìn)一步發(fā)揮Al2O3在WC-Al2O3型硬質(zhì)合金中的功效，本文進(jìn)一步以片狀A(yù)l2O3作為無定形態(tài)Al2O3的替代材料制備WC-Al2O3型硬質(zhì)合金，探討片狀A(yù)l2O3的作用機(jī)理及其含量對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。
　　本文中，作者首先分別運(yùn)用熔鹽法與水熱法制備片狀A(yù)l2O3粉體，并對制備結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：采用熔鹽法制備片狀A(yù)l2O3粉體時，以納米級α-Al2O3作為初始粉末，N

3、a2SO4為熔鹽，在1000℃下煅燒2h得到粒徑為0.5~1.0μm、厚度為0.2~0.8μm的片狀A(yù)l2O3；采用水熱法制備片狀A(yù)l2O3粉體時，將Al2(SO4)3·18H2O與氨水配制成pH=9的懸浮液，放入高壓水熱反應(yīng)釜中于200℃下保溫24h得到γ-AlOOH前驅(qū)體，最后將前驅(qū)體在600℃下焙燒4h得到粒徑為50~150nm、厚度為10~20nm的片狀A(yù)l2O3。水熱法制備的片狀A(yù)l2O3與熔鹽法制備的片狀A(yù)l2O3粉體相比，

4、尺寸均為納米級別，徑厚比大，形狀更規(guī)則。
　　以水熱法制得的片狀A(yù)l2O3以及WC作為原料，分別以球磨混合、磁力攪拌器混合與超聲波混合三種方法制備WC-Al2O3（片狀）復(fù)合粉末，結(jié)果表明：超聲波混合后團(tuán)聚較多，效果最差；磁力攪拌器混合后也存在少量團(tuán)聚；而球磨混合雖然有破壞片狀形狀的可能，但由于片狀A(yù)l2O3已為納米級別，磨球?qū)ζ涑叽缗c形狀的破壞作用基本不存在，可不用考慮，且球磨混合后片狀A(yù)l2O3在基體中分散均勻，效果較好。

5、r>　　將WC-Al2O3（片狀）復(fù)合粉末采用熱壓燒結(jié)方法，在39.6MPa燒結(jié)壓力與1650℃燒結(jié)溫度下保溫90min，制備WC-Al2O3（片狀）塊體復(fù)合材料，觀察其微觀結(jié)構(gòu)，測試其斷裂韌性、維氏硬度、抗彎強(qiáng)度等力學(xué)性能，并將其與課題組前期研究的WC-Al2O3（無定形態(tài)）復(fù)合材料的力學(xué)性能進(jìn)行對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨著片狀A(yù)l2O3含量的增加，片狀A(yù)l2O3顆粒的團(tuán)聚傾向增加，復(fù)合材料致密度呈現(xiàn)下降趨勢，力學(xué)性能呈先增加后下降的趨勢。當(dāng)