烧结工艺对纳米WC/MgO复合材料性能的影响

利用高能球磨法和放电等离子烧结技术制备了纳米WC/MgO复合材料,研究了烧结温度和烧结压力对WC-8wt%MgO复合材料密度、硬度和断裂韧性的影响。结果表明,烧结温度过低,试样的致密度差;烧结温度过高,晶粒快速长大,使得复合材料性能降低;烧结压力越大,复合材料的致密度越高,硬度和断裂韧性越好。最佳烧结工艺是烧结温度1650℃,烧结压力70 MPa,获得了该复合块体材料的最佳性能组合。

放电等离子烧结合成WC/MgO复合陶瓷断裂性能的研究

探讨了放电等离子烧结技术制备不同氧化镁含量的WC/MgO复合材料的断裂韧性,并研究了该复合材料的增韧机理。结果表明,当MgO含量为8wt%时,该复合材料的断裂韧性高于纯WC烧结体的断裂韧性,而且WC基体和MgO颗粒热膨胀系数的不匹配引起的裂纹偏转是WC/MgO复合材料增韧的主要原因。

反应高能球磨制备纳米WC/MgO复合粉末

将WO3、C和Mg粉末按摩尔比为1∶1∶3混合,在室温下用高能球磨法对其进行球磨,经XRD、SEM和TEM分析表明,在球磨到4.7 h时,WO3、石墨和镁之间发生氧化还原反应直接生成了WC和MgO粉末,之后随球磨时间的延长,粉末不断细化.球磨50 h后,得到WC晶粒度和颗粒度分别约为25 nm和100 nm的WC/MgO复合粉末.实验结果和热动力学分析表明,WC/MgO的合成是一个自蔓延反应过程,此反应可以在很短的时间内完成.

高能球磨制备纳米WC/MgO粉末的工艺研究

本文采用正交试验法,对高能行星球磨制备纳米WC-38%MgO(质量分数)复合粉末的工艺参数进行了优化研究。试验表明,当磨球直径为10mm、球磨机转速为350r/min、球料比为6:1时,最有利于WC-MgO复合粉末的细化。当球磨罐中装料量(mp=100g)一定时,理论计算和球磨实验得出的最佳球料比均为6:1。

WC/MgO/CeO2复合材料的组织结构与力学性能研究

在真空热压烧结制备硬质合金WC/MgO的基础上,添加适量稀土添加剂CeO2,并改变烧结参数,获得WC/MgO/CeO2复合材料,对其物相组成、显微组织的致密化过程、力学性能进行研究。结果表明:随着烧结温度的升高,晶粒不断长大,1 650℃下WC平均晶粒尺寸为1.674μm,晶粒边缘圆润,致密度96.979%,维氏硬度16.251 GPa、断裂韧性10.326 MPa·m1/2。当温度升至1 720℃时,部分WC晶粒异常长大,边缘多含棱角,致密度仍在增加但变化不大,而力学性能显著下降。根据在不同烧结温度下保温不同时长统计的WC平均晶粒尺寸数据,计算出WC/MgO/CeO2复合材料在热压烧结保温过程中晶粒生长所需的摩尔激活能为459.13 kJ/mol,相较于WC/MgO复合材料,晶粒生长激活能有提高的趋势,这归因于CeO2降低了WC晶粒表面能或晶粒间的界面能。

二阶段热压烧结工艺对WC-MgO复合材料组织和力学性能的影响

二阶段烧结是一种通过控制烧结温度变化以实现烧结样品致密化过程中抑制晶粒长大的烧结方法。以高能球磨法制备的纳米WC-MgO复合粉末为原料,并采用二阶段热压烧结法制备WC-MgO复合材料。研究二阶段热压烧结对烧结块体的致密度、晶粒大小和力学性能的影响,优化二阶段烧结中第一阶段温度t1、第二阶段温度t2及保温时间θ等工艺参数,采用XRD和SEM对复合材料的组织形貌进行表征。结果表明:当t1为1 750℃,t2为1 550℃时能使WC-MgO复合材料的致密度达到99%(理论密度),基体WC晶粒大小为2.59μm,WC-MgO复合材料的维氏硬度提高到(18.4±0.5)GPa,WC-MgO复合材料的断裂韧性提升至(12.95±0.5)MPa.m1/2,WC-MgO复合材料的抗弯强度提高至(1 283.7±126.6)MPa。

La_2O_3对WC-MgO复合材料组织和力学性能的影响

以高能球磨法制备的WC-MgO复合粉末为原料,研究稀土氧化物(La2O3)添加量对WC-MgO复合粉末热压烧结块体的组织和力学性能的影响,采用XRD、SEM和SPM对复合材料的结构特征进行表征,并讨论稀土氧化物(La2O3)对颗粒增韧复合材料热压烧结成形的影响。结果表明:La2O3的加入量为0.1%(质量分数),可抑制烧结过程中出现的脱碳现象、细化烧结组织,提高增韧颗粒分散均匀性和改善颗粒/基体界面形貌,使成形致密度达理论密度的98.56%,维氏硬度和断裂韧性分别为18.02GPa与12.38MPa·m1/2;而添加过量La2O3(≥0.25%,质量分数),导致复合材料的成形性能降低。

高能球磨制备纳米WC-MgO粉末的反应模式及判据

以WO3、Mg和石墨粉为原材料,通过XRD、SEM和TEM对粉末的结构特征进行表征。结合Magini模型和杨君友模型界定扩散反应和自蔓延反应两种高能球磨合成WC-MgO反应模式的能量区域,并通过球磨能量图阐明球磨速度、球料比和球磨时间等工艺参数对不同反应模式的影响。结果表明:在一定球磨条件下,当有效强度因子大于38.24kJ/(g.s)时,合成WC-MgO的反应模式为自蔓延反应,所需的球磨总能量介于21.51×109J/g和61.82×109J/g之间;当有效强度因子为22.12～38.24kJ/(g.s)时,合成WC-MgO的反应模式为扩散反应,所需的最小球磨总能量为112.83×109J/g。

La_2O_3含量对无压烧结制备WC-MgO复合材料的影响

以WC和MgO为原料,先采用高能球磨法制备WC-MgO复合粉末,之后采用无压烧结法制备WC-MgO复合材料,进而研究稀土氧化物(La2O3)的添加量对无压烧结制备的该复合材料微观组织和力学性能的影响及机理。结果表明:La2O3的加入量为0.2wt%时,可抑制烧结过程中发生的脱碳现象,并能细化烧结组织,提高WC和增韧颗粒分布的均匀性;该材料的烧结致密度可达到92.77%,维氏硬度可达15.14 GPa,断裂韧性可达到9.73 MPa·m1/2;添加过量La2O3(≥0.3wt.%)则会使复合材料的致密度和力学性能降低。

1400℃放电等离子烧结制备MgO-B_(2)O_(3)增韧无金属黏结相WC硬质合金

为了降低无金属黏结相碳化钨(WC)硬质合金的烧结温度并获得较高的断裂韧度,采用MgO和B_(2)O_(3)协同增韧WC硬质合金。通过放电等离子烧结技术(SPS)在1400℃的较低温度下制备出致密的WC-MgO-B_(2)O_(3)硬质合金块体材料,研究MgO-B_(2)O_(3)对无金属黏结相WC硬质合金的烧结机理、微观组织演变以及力学性能的影响规律。结果表明:MgO-B_(2)O_(3)的添加促进了WC的烧结致密化,显著降低了无金属黏结相WC硬质合金的烧结温度。随着MgO-B_(2)O_(3)添加量的提高,组织中的部分第二相形貌发生显著改变,逐渐由短杆状转变为长杆状,再转变为聚集时的块状。当MgO-B_(2)O_(3)添加量达到8%(质量分数)时,块体材料具有较好的断裂韧度,为(9.45±0.37)MPa·m^(1/2),同时其硬度为(18.16±0.17)GPa。

基于正交设计与BP神经网络优化制备纳米WC-MgO复合粉末

为获得晶粒尺寸较小的纳米复合粉末,运用正交实验设计结合BP神经网络优化球磨工艺参数。以磨球直径、球磨转速和球料比为正交实验设计因子,每个因子各取4个水平,以WC-MgO复合粉末的晶粒尺寸为目标因子,编制3因素4水平正交设计表。结合BP神经网络强大的自学习和函数拟合功能,以正交设计表中3因素为网络输入层,以晶粒尺寸为网络输出层,建立BP神经网络优化模型,并通过该模型进行预测和优选,得到最佳的高能球磨工艺参数。

基于正交设计与BP神经网络优化制备纳米WC-MgO复合粉末

采用高能球磨对WC粉和MgO粉进行球磨制备纳米WC-MgO复合粉末。为获得晶粒尺寸较小的纳米复合粉末,运用正交实验设计结合BP神经网络优化球磨工艺参数。以磨球直径、球磨转速和球料比为正交实验设计因子,每个因子各取4个水平,以WC-MgO复合粉末的晶粒尺寸为目标因子,编制3因素4水平正交设计表。结合BP神经网络强大的自学习和函数拟合功能,以正交设计表中3因素为网络输入层,以晶粒尺寸为网络输出层,建立BP神经网络优化模型,并通过该模型进行预测和优选,得到最佳的高能球磨工艺参数。即磨球直径10mm、球磨转速324r/min、球料比6.45:1。此时,WC-MgO复合粉末的晶粒尺寸为18.51nm,与预测值18.23nm的相对误差为1.51%。