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W2B5/C 复合材料的反应合成与组织性能

2020-11-23阅读(574)

W2B5/C 复合材料的反应合成与组织性能

论文摘要

本文采用反应热压烧结工艺制备了适用于动密封的W2B5/C系列复合材料，以现代分析方法研究了烧结温度和成分对复合材料的组织结构、室温力学性、室温摩擦磨损性能和高温氧化行为的影响规律和特点，阐明了复合材料的化机制，摩擦磨损机理和高温抗氧化机理。研究表明B4C与WC的反应路径如下：首先在较低温度下，B4C分解成硼原和碳原子，并在化学位梯度的作用下，硼原子向WC中扩散。当硼原子的渗入超过极限固溶度，便与WC之间发生置换反应生成αWB和碳原子；随着温度的高，硼原子进一步扩散，并与αWB反应生成W2B5。微观组织结构分析表明，1800℃热压试样中的W2B5颗粒为球形，平均粒径寸为1μm；而在1900℃和2000℃热压试样中，W2B5颗粒长成多边形，并有定数量的板片状，粒径尺寸为24μm。随着碳黑掺量的增加，板片状W2B5颗逐渐减少，粒径尺寸也逐渐减小到1μm。TEM观察表明：板片状W2B5颗粒的度为0.41μm，晶体内部存在大量的层错，层错平行于{0001}面方向。W2B5颗间没有孔洞和微裂纹。HREM观察表明W2B5与C的界面结合良好，未发现界反应物和非晶层的存在。力学性能测试结果表明，随着烧结温度的升高，70W2B5/C复合材料的断裂性与维氏硬度均增加。在1900℃烧结的70W2B5/C复合材料抗弯强度达到最大853MPa。W2B5含量的增加，使复合材料的室温力学性能大幅度提高，2000℃结的70W2B5/C复合材料抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度分别达到786 MPa、9 MPa·m1/2和12.25GPa。摩擦磨损试验发现，复合材料的摩擦磨损性能与材料的组成和试验载荷密相关。当W2B5含量从30vol.%增加到70vol.%时，复合材料的摩擦系数从与石相当的0.2增加到0.8。30W2B5/C、40W2B5/C和70W2B5/C复合材料的体积磨率比石墨低，而在75N下，50W2B5/C和60W2B5/C复合材料的体积磨损率却比墨高得多。覆盖在30W2B5/C和40W2B5/C复合材料磨损表面的富碳机械混合具有润滑作用，是复合材料具有较低摩擦系数的主要原因；而W2B5含量0vol.%的复合材料磨损表面覆盖的贫碳层则不具有润滑作用，因此使摩擦系增大。机械混合层的分层、断裂和脱落是复合材料的主要磨损机理。复合材料在7001000℃空气中的氧化失重与C材料相比显著降低。复合材在不同温度下生成的氧化层均由WO3和非晶B2O3组成。对于W2B5含量为

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 前言
  • 1.2 炭材料
  • 1.2.1 炭材料的发展
  • 1.2.2 新型炭材料
  • 1.2.3 炭材料的研究热点
  • 1.3 碳/石墨密封材料
  • 1.3.1 现代工程对密封的要求
  • 1.3.2 密封材料的分类
  • 1.3.3 碳/石墨密封材料
  • 1.4 碳/陶瓷复合材料
  • 1.4.1 碳/陶瓷复合材料的制备技术
  • 1.4.2 碳/陶瓷复合材料的性能
  • 1.4.3 碳/陶瓷复合材料的应用
  • 1.4.4 碳/陶瓷密封材料
  • 1.5 反应形成碳/陶瓷复合材料
  • 1.6 本文的研究目的、意义和主要研究内容
  • 1.6.1 研究目的和意义
  • 1.6.2 研究主要内容
  • 第2章 试验材料与研究方法
  • 2.1 试验用原材料
  • 2.2 试验材料的成分设计与制备工艺
  • 2.3 材料基本性能测试方法
  • 2.3.1 致密度
  • 2.3.2 室温三点弯曲强度
  • 2.3.3 断裂韧性
  • 2.3.4 维氏硬度
  • 2.4 材料的组织结构分析
  • 2.4.1 XRD 物相分析
  • 2.4.2 组织结构的SEM、TEM 和HREM 观察
  • 2.5 摩擦磨损性能测试
  • 2.6 抗氧化性能测试
  • 2.7 电性能测试
  • 2B5/C复合材料的制备工艺'>第3章 W2B5/C复合材料的制备工艺
  • 3.1 热力学计算
  • 3.1.1 热力学计算的理论基础
  • 3.1.2 反应热力学计算及烧结温度的确定
  • 2B5/C复合材料'>3.2 反应无压制备W2B5/C复合材料
  • 3.2.1 XRD 物相分析
  • 4C的反应路径'>3.2.2 WC与B4C的反应路径
  • 3.2.3 烧结试样的线收缩
  • 2B5/C复合材料'>3.3 反应热压制备W2B5/C复合材料
  • 3.3.1 温度对反应产物的影响
  • 3.3.2 碳黑掺量对反应产物的影响
  • 3.4 本章小结
  • 2B5/C复合材料的组织结构与力学性能'>第4章 W2B5/C复合材料的组织结构与力学性能
  • 4.1 XRD 物相分析
  • 4.2 致密度
  • 4.2.1 烧结温度的影响
  • 4.2.2 碳黑掺量的影响
  • 4.3 SEM 微观组织结构分析
  • 4.3.1 烧结温度的影响
  • 4.3.2 碳黑掺量的影响
  • 4.4 TEM 和HREM 微观组织结构分析
  • 4.5 室温力学性能
  • 4.5.1 抗弯强度
  • 4.5.2 断裂韧性
  • 4.5.3 维氏硬度
  • 4.5.4 增韧机制
  • 4.6 本章小结
  • 2B5/C复合材料室温摩擦磨损行为'>第5章 W2B5/C复合材料室温摩擦磨损行为
  • 5.1 室温摩擦磨损行为
  • 5.1.1 摩擦系数
  • 5.1.2 磨损率
  • 5.1.3 磨损表面SEM 观察
  • 5.1.4 磨损表面截面SEM 观察
  • 5.1.5 磨屑
  • 5.2 摩擦磨损机理
  • 5.3 本章小结
  • 2B5/C复合材料的高温氧化行为与电性能'>第6章 W2B5/C复合材料的高温氧化行为与电性能
  • 2B5复合材料在7001000℃氧化行为'>6.1 W2B5复合材料在7001000℃氧化行为
  • 1000℃的氧化动力学'>6.1.1 7001000℃的氧化动力学
  • 6.1.2 氧化层表面物相分析
  • 6.1.3 氧化表面SEM 观察
  • 6.1.4 氧化层截面SEM 观察
  • 2B5/C复合材料氧化机理'>6.2 W2B5/C复合材料氧化机理
  • 2B5/C复合材料中各组元的氧化'>6.2.1 W2B5/C复合材料中各组元的氧化
  • 2B5/C复合材料氧化过程控制因素'>6.2.2 W2B5/C复合材料氧化过程控制因素
  • 2B5/C复合材料氧化机理分析'>6.2.3 W2B5/C复合材料氧化机理分析
  • 2B5/C复合材料氧化动力学模型'>6.3 W2B5/C复合材料氧化动力学模型
  • 2B5氧化的重量变化'>6.3.1 W2B5氧化的重量变化
  • 6.3.2 C 氧化的重量变化
  • 2B5/C复合材料总的重量变化'>6.3.3 W2B5/C复合材料总的重量变化
  • 2B5/C复合材料的电性能'>6.4 W2B5/C复合材料的电性能
  • 6.4.1 电阻率
  • 6.4.2 电加工性
  • 6.5 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读博士学位期间发表的论文
  • 原创性声明
  • 涉密论文管理
  • 致谢
  • 个人简历

    • 相关论文文献

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