纳米V8C7粉末的结构、性能和应用研究

论文摘要

在超细硬质合金制备中,V8C7是最有效的晶粒长大抑制剂,以纳米V8C7粉末代替目前使用的微米V8C7粉末有利于制备晶粒细小、组织结构均匀的超细合金,从而使合金具有更高的力学性能。本文通过对纳米V8C7粉末的制备及在超细硬质合金中的应用、V8C7粉末制备过程中出现的V8C7→δ-VC1-X相变、粉末的性能进行系统研究,主要研究内容和结果如下:1.改变传统碳热反应中碳的添加方式,首次采用“V2O5溶解于有机酸溶液→喷雾干燥→1100℃真空碳化”方法制备了纳米V8C7粉末。由于有机酸溶液除了使V2O5粉末溶解并使其还原成V2O3外,还可提供碳源,使V2O3与C在真空碳化时达到分子级别均匀混合,缩短反应扩散路程,从而降低了碳化温度,避免晶粒长大。克服了传统碳热法中碳化温度高、粉末粒度粗的缺点。2.采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、差热分析等对制备纳米V8C7粉末过程中的物相和形貌变化进行观察与分析。前驱体粉末真空碳化时,温度由室温升高到1300℃生成的产物分别为:V2O3→VC1-X→V8C7→δ-VC1-X。3.通过对δ-VC1-X和V8C7结构振幅的计算,得到δ-VC1-X和V8C7的X衍射消光规律。解释了在V8C7→δ-VC1-X相变中,由于空位在晶格中分布的变化引起x射线超结构衍射峰的消失;测量得到V8C7有序-无序相变温度,由V8C7有序-无序相变过程中自由能与温度和有序度的函数关系,计算得到V8C7→δ-VC1-X相变时有序度由0.23突变为0。4.对不同碳含量有序态的碳化钒晶格常数进行了测定,由晶格常数和有序度的函数关系,得到VC0.802、VC0.833、VC0.865以V8C7结构存在的最大有序度及在最大有序度时的晶格常数。5.首次采用双臂电桥法测量不同碳含量和相结构碳化钒的电阻,结果表明随着无序态碳化钒中碳含量的增加,晶格中空位浓度减小,对电子的散射减小,其电阻率降低。在相同碳含量下,有序相由于其空位的有序分布,电子易于运动,其电阻率低于无序相。6.在12%Co超细硬质合金中,与微米级的碳化钒粉末相比,纳米碳化钒有效抑制WC晶粒长大,合金晶粒细小、组织结构均匀、烧结温度降低30℃,抗弯强度提高7-8%.

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 金属钒及其化合物简介
• 1.2 碳化钒的制备方法
• 1.2.1 微米级碳化钒粉末制备方法
• 1.2.2 超细碳化钒粉末制备方法
• 1.3 碳化钒的物理特性
• 1.3.1 非化学计量化合物与晶体缺陷
• 1.3.2 碳化钒的晶体结构
• 1.3.3 一级和二级相变
• 1.3.4 碳化钒有序-无序相转变
• 1.3.5 有序-无序碳化钒性质的比较
• 1.4 碳化钒的应用领域
• 1.4.1 过渡金属碳化物和氮化物的应用领域
• 1.4.2 碳化钒的应用领域
• 1.5 本论文研究目的及意义
• 8C₇粉末的制备'>第二章 纳米V₈C₇粉末的制备
• 2.1 前言
• 2.2 试验方案
• 2.3 反应过程中的热力学分析
• 2.3.1 不同价态钒氧化物转化
• 2.3.2 钒氧化物的还原碳化
• 2.3.3 真空压力对反应温度的影响
• 8C₇粉末制备'>2.4 纳米V₈C₇粉末制备
• 2O₅的物理特性及技术条件'>2.4.1 V₂O₅的物理特性及技术条件
• 2.4.2 有机酸技术指标
• 2.4.3 粉末制备
• 2.5 粉末表征
• 2.6 结果及讨论
• 2O₅粉末溶解于有机酸中的物相转变'>2.6.1 V₂O₅粉末溶解于有机酸中的物相转变
• 2.6.2 喷雾干燥粉末前驱体的物相和形貌
• 2.6.3 喷雾干燥粉末前驱体的差热分析
• 2.6.4 温度对粉末物相转变的影响
• 2.6.5 温度对化合碳含量、形貌、晶粒度和比表面积的影响
• 8C₇粉末形貌及化学成分'>2.6.6 纳米V₈C₇粉末形貌及化学成分
• 2.7 本章小结
• 8C₇有序-无序相变衍射消光规律及自由能变化研究'>第三章 V₈C₇有序-无序相变衍射消光规律及自由能变化研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验方法
• 3.3 结果及讨论
• 3.3.1 有序-无序碳化钒的消光规律
• 3.3.2 相变温度及热焙的测定
• 3.3.3 有序-无序相变自由能的变化
• 3.4 本章小结
• 第四章 碳含量及有序度对碳化钒晶格常数的影响
• 4.1 前言
• 4.2 实验方法
• 4.3 结果及讨论
• 4.3.1 碳含量对无序态碳化钒晶格常数的影响
• 4.3.2 碳含量对有序态碳化钒晶格常数的影响
• 4.3.3 有序度对晶格常数的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 碳含量和相结构对碳化钒电阻率和显微硬度的影响
• 5.1 实验方法
• 5.1.1 样品制备
• 5.1.2 表征
• 5.2 实验结果及讨论
• 5.2.1 密度的测量结果
• 2退火前后的物相分析'>5.2.2 H₂退火前后的物相分析
• 5.2.3 碳含量和相结构对碳化钒电阻率的影响
• 5.2.4 碳含量和相结构对碳化钒显微硬度的影响
• 5.3 本章小结
• 第六章 碳化钒粒度对超细硬质合金力学性能的影响
• 6.1 试验方法
• 6.1.1 试样的制备
• 6.1.2 性能检测
• 6.2 结果与讨论
• 6.2.1 碳化钒粒度对合金金相组织的影响
• 6.2.2 碳化钒粒度对矫顽磁力和钴磁的影响
• 6.2.3 碳化钒粒度对力学性能的影响
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果