碳化鎢-碳化硅粉體及其復合材料的制備與表征研究.pdf

1、WC/SiC復合材料因其高強度、高硬度、耐磨性和抗腐蝕性能良好而廣泛應用于武器裝備、航空航天、汽車、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SiC粉部分取代WC制備性能優(yōu)越的復合材料,能有效利用SiC基磨料工業(yè)的超細尾砂,而且減少鎢金屬的使用量?，F階段對WC/SiC復合材料的研究很少,主要采用固相法直接用WC增韌SiC,組分均勻性與界面結合強度難以控制。本研究在SiC顆粒表面原位合成均勻包裹的WC顆粒,提高兩相界面結合強度

2、,制備出綜合性能優(yōu)良的WC/SiC復合材料。
　　 論文以偏鎢酸銨和SiC粉為主要原料,經沉淀法和水熱法制得H2WO4/SiC前驅粉體,煅燒后得到WO3/SiC復合粉體;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復合粉體。此外,先機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,得到的產物再次碳化制得WC

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

4、及終端復合粉體與塊體材料的物相組成、形貌與結構、力學性能等進行了系統表征、分析。
　　 酸沉淀法制備H2WO4/SiC前驅體主要受溶液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,80℃水浴24h得到的H2WO4/SiC經400～500℃煅燒2h后,WO3在SiC表面包裹均勻;120與150℃水熱反應5h制備的H2WO4/SiC粉體經煅燒制得的WO3/SiC中

5、,WO3在SiC表面分布均勻,但WO3有明顯層片狀生長,150℃時更加明顯。前驅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時碳化效果最好,在750℃碳化5h后前驅體中WO3約80％轉化為WC。
　　 為增強WC/SiC復合粉體與金屬基體間的界面結合,在粉體中加入乙酸鈷,750℃下碳化6～8h得到純凈WC/SiC/Co

6、復合粉體;WC/SiC作為增強體對金屬基材料力學性能有明顯增強,700℃時SPS制得的WC/SiC-Cu塊體材料將純銅塊體材料的抗彎強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復合粉體經SPS制備塊體復合材料的最優(yōu)燒結溫度為1200℃、保溫時間10min,得到的塊體材料硬度86HRA、強度1146MPa;直接碳化得到的不同Co含量的WC/SiC/Co復合粉體在1400～1450℃真空熱壓燒結后,