TiCp/W及ZrCp/W复合材料的组织结构与性能

设计并采用热压烧结的方法成功制备了TiCP/W和ZrC_p/W两个系列碳化物颗粒增强钨基新型复合材料,并对其组织结构、室温力学性能及高温力学性能进行了系统研究。结果表明,复合材料体系的组元间有很好的热力学相容性和化学相容性;在异相界面处发生了W原子向TiC和ZrC晶格的扩散,分别形成了(Ti,W)C和(Zr,W)C固溶体,促进了两相界面结合和复合材料的致密化。碳化物颗粒的加入强烈阻碍了W晶粒的长大,并显著提高了复合材料的室温和高温力学性能。复合材料的抗弯强度和抗拉强度均随着试验温度的升高先增大后减小,在800～1400℃时出现峰值,而抗压强度则随着温度的升高而单调下降。室温强化机制是细晶强化和第二相弥散强化,高温强化机理有:位错强化、细晶强化、界面强化及碳化物颗粒的弥散强化。

三维互穿结构Cu-W触头抗熔焊机理

触头闭合回跳电弧引起的开关电器动熔焊问题,直接影响大功率接触器的电寿命和可靠性。为此设计了2种三维互穿有序结构的四边形和菱形十二面体的Cu-W复合材料触头,围绕触头动熔焊过程中的电弧、熔池、液滴溅射及凝固相变降温等问题,建立触头熔池流体动力学模型和冷凝降温数学模型,研究了2种有序结构和商用无序结构的触头阳极在闭合回跳电弧作用下熔化温度分布、熔池喷溅形貌和接触区域金属凝固过程,通过模拟熔焊实验平台进行了熔焊力验证。结果表明,通过调节三维互穿有序W骨架结构,能够有效抑制熔池扩散和液态金属喷溅,并降低熔焊力,从而提高Cu-W复合材料的抗熔焊性能。

ZrC_P/W复合材料的等离子烧蚀行为

采用等离子烧蚀装置对ZrCP/W复合材料的烧蚀性能进行了研究。结果表明:ZrCP/W复合材料的线烧蚀率随ZrC含量和烧蚀时间的增加而增大。烧蚀后,在试样表面形成了烧蚀坑和熔融层,熔融层的厚度达到1mm左右。在烧蚀过程中,烧蚀层中的物相发生了化学反应,并生成了新相。复合材料的主要烧蚀机制是以熔化烧蚀为主,兼有热化学烧蚀。

ZrC_p/W复合材料在发动机试车条件下的热震烧蚀行为

采用热压烧结法制备了ZrCp/W复合材料环形试样,测试了该复合材料试样在发动机试车条件下的热震烧蚀性能。结果表明:ZrCp/W复合材料具有良好的抗热震和耐烧蚀性能,试验后试样整体结构完好,未出现炸裂和破碎的现象,线烧蚀率仅为-0.05mm/s。该复合材料的主要烧蚀机制是机械剥蚀,此外还有熔化烧蚀和热化学烧蚀。

热压法制备W/Cu功能梯度材料

对热压法制备W/Cu功能梯度材料的可行性进行了研究 ,并对其组织结构进行了观察 ,对其表观抗弯强度及抗热震性进行了测试 .结果表明在 1 80 0℃ ,1 8N/mm2 ,2h条件下可以制备Cu含量最高为 2 2 .5 5vol.%的W/Cu功能梯度材料 ,其密度可达理论密度的 94.6% .热压W/Cu功能梯度材料的成分分布与最初设计的成分分布有较大偏差 .

溶胶-喷雾干燥W-10Cu和W-20Cu复合粉末烧结与组织性能研究

采用超细复合粉末直接烧结和传统W骨架熔渗两种方法制备W-10Cu、W-20Cu合金。研究两种方法制备的合金的致密化、显微组织与导电性能,并重点研究了超细复合粉末短时间内烧结和在高温烧结时的致密化行为。结果表明,超细W-10Cu、W-20Cu复合粉末在1200～1420℃烧结,相对密度均达到了99.1%,致密化与合金中的晶粒度和W-Cu复合粉末中的Cu相成分密切相关。与传统熔渗方法相比,超细复合粉末制备的合金显微组织细小、均匀,而且两者导电性能接近。

C_f/SiC复合材料与Ti合金的AgCuTi-W复合钎焊

本文利用AgCuTi-W复合钎料作中间层,在适当的工艺参数下真空钎焊Cf/SiC复合材料与Ti合金,利用SEM,EDS,XRD分析接头微观组织结构,利用剪切试验检测接头力学性能。研究结果表明:钎焊时,复合钎料中的Ti借助Cu-Ti液相与Cf/SiC复合材料反应,在Cf/SiC复合材料与连接层界面形成Ti3SiC2,Ti3Si和少量TiC化合物的混合反应层。复合钎料中的Cu与Ti合金中的Ti发生互扩散,在连接层与Ti合金界面形成不同成分的Cu-Ti化合物过渡层。钎焊后,形成W颗粒强化的致密复合连接层,W颗粒主要分布在Cu-Ti相中。W的加入缓解了接头的残余热应力,C/SiC/AgCuTi-W/TC4接头剪切强度明显高于C/SiC/AgCuTi/TC4接头。

W-Cu梯度功能材料的热物理性能

对采用不同粒度配比和热压制备的W-Cu梯度功能材料的热物理性能进行研究。结果表明:梯度材料的整体热导率较高,达到226.4W/(m.K),高于过渡层W/Cu33的热导率,低于散热层W/Cu50的热导率;封接层具有低的线性热膨胀系数,αRT～100℃=6.82×10-6/℃满足与BeO基板材料封接匹配的要求;低温热条件下制备的W-Cu梯度功能材料各梯度层的热膨胀系数具有良好的可控性和可设计性能,其实测值与理论值十分接近,其误差值低于6%;耐热冲击温度达到800℃以上,热疲劳性能可达500℃水淬50次以上。

高温退火对20vol%ZrC_P/W复合材料组织和力学性能的影响

为了改善复合材料的力学性能,对2200℃热压烧结后的20vol%ZrCP/W复合材料进行了高温退火处理,退火工艺为2300℃×60min。结果表明,高温退火后,复合材料几乎达到了完全致密化,W2C相的生成量增多,复合材料中的缺陷减少,ZrC颗粒和W的晶粒尺寸增大。复合材料的弹性模量和维氏硬度变化很小,断裂韧性略有增大,而抗弯强度则急剧下降,这可能与晶粒尺寸增大和杂质元素在晶界的偏聚有关。

(W,Ti)C/石墨/镍基合金复合涂层摩擦磨损性能研究

为了获得既具有自润滑减摩特性又有高耐磨性能的金属摩擦构件表面,提高高接触应力下金属摩擦副的使用寿命和可靠性,运用等离子喷涂技术在45#钢表面制备了(W,Ti)C/石墨/镍基合金复合涂层。研究了室温干摩擦条件下复合涂层的摩擦磨损性能,并用SEM和EDX对磨损表面进行了测试分析。结果表明:复合涂层与Si3N4和GCr15对摩时,摩擦系数分别较纯镍基合金涂层降低了35%和38%,耐磨性分别是后者的3倍和3.5倍;与Si3N4对摩时,复合涂层的磨损机理主要是微观切削、疲劳剥落和硬质相脱落。与GCr15对摩时,其磨损机理主要为粘着磨损、多次塑变磨损和层脱剥离。

Cu-W复合电沉积工艺研究

电接触材料要求具有很好的抗电弧烧蚀和抗熔焊性能,但纯铜很难达到该种要求。利用复合电沉积方法,在纯铜表面形成Cu-W复合镀层,使其满足电触头材料的使用性能。重点研究了镀液中W的质量浓度、电流密度、搅拌强度和温度工艺参数对Cu-W电接触材料复合镀层中W微粒沉积量的影响,并且通过正交试验确定了复合电沉积的最优工艺:W的质量浓度为35g/L、电流密度为4A/dm2、搅拌强度为600 r/min、温度为50℃。

Cu-W复合电沉积工艺和镀层电弧侵蚀性能研究

在纯铜表面利用复合电沉积的方法形成Cu—W复合镀层，使其满足电触头材料使用性能。研究了镀液中W的质量浓度、阴极电流密度、搅拌强度和温度工艺参数对Cu-W复合镀层中微粒含量的影响，并对Cu—W电接触材料的电弧侵蚀性能进行了分析。结果表明：在最佳的复合电沉积工艺下，Cu—W的复合沉积量质量分数在17％-23％；Cu—W电接触材料在电流〈20A条件下，材料由阴极向阳极转移，电流〉20A条件下，材料的转移方向相反；电弧侵蚀后Cu—W电接触材料的表面呈现凸起、凹坑和气孔等形貌特征。

La-Y对纳米级W-Ni-Fe复合粉末制备的影响

以喷雾干燥法制备的(W,Ni,Fe)复合氧化物粉末为原料,采用700℃,保温90min的条件进行还原,研究了La-Y含量对还原制备纳米级W—Ni—Fe复合粉末特性的影响;采用XRD及高倍SEM分别对所制备的复合粉末进行了物相分析、晶粒尺寸测试和形貌观察;并对所制得复合粉末的Fsss粒度、比表面进行了测定与分析。研究结果表明:不加La-Y时还原粉末由W和γ-(Ni,Fe)两相组成,添加一定量La—Y的还原粉末有W,γ-(Ni,Fe),Y(Ni0.75W0.25)O3和La(Ni0.75W0.25)O3四相组成;当La.Y的质量分数在0～0.8％范围时(占90W-7Ni-3Fe复合粉末的质量分数),随着La—Y含量的增加,粉末dBET粒度由96.6降到50.3 nm,粉末Fsss粒度由0.64降到0.33 μm,粉末晶粒尺寸由26.1降到22.2 nm;未添加La-Y时粉末颗粒为球形,添加一定量的La-Y,粉末颗粒变为近球形或多面体;添加一定量的La—Y不仅可以有效地抑制晶粒长大,还可以在一定程度上提高粉末的分散性。

Hβ/Al-SBA-15介微孔复合分子筛负载Ni-W催化剂对萘加氢裂化制BTX的催化性能

采用后合成法制备Hβ/Al-SBA-15复合分子筛,利用XRD、N_2吸附、Py-IR、NH_3-TPD、SEM和TEM等手段进行表征。用浸渍法将Ni-W活性组分担载在Hβ/Al-SBA-15载体上,制备Ni-W/Hβ/Al-SBA-15催化剂,以萘为模型化合物,考察该催化剂的加氢裂化性能。结果表明,所合成的Hβ/Al-SBA-15复合分子筛既有介孔结构又有微孔结构,并同时具有B酸和L酸中心,酸性强于SBA-15。具有适度酸性位和介微孔结构的Ni-W/Hβ/Al-SBA-15催化剂,对萘加氢裂化具有较高的萘转化率和BTX选择性,分别为96%和61.1%。

热压烧结法制备W-15Cu复合材料的组织结构研究

将W-15%Cu(质量分数)混合粉末在行星式高能球磨机中球磨,分别采用热压烧结和无压烧结对球磨60h的复合粉末进行烧结。采用XRD对经不同球磨时间后的复合粉末进行物相分析;采用XRD和SEM对烧结后的钨铜复合材料进行物相和形貌分析。结果表明:球磨时间越长,铜在钨中的固溶度越大;相对于无压烧结,采用热压烧结制备的钨铜复合材料孔隙度较小,均匀度较高,相对密度高达98.84%;钨铜复合材料内部存在因铜的挥发和生坯密度分布不均匀造成的烧结体组织分布不均匀。

溶胶-球磨超细W-Cu复合粉末烧结性能研究

采用溶胶-球磨法制备W-10Cu、W-20Cu复合粉末,研究了球磨工艺对粉末粒度、形貌和烧结性能的影响。研究结果表明,球磨粉末呈现双峰粒度分布,球磨20h的W-10Cu、W-20Cu粉末的粒度分别为1.03和1.15μm。球磨过程中,粉末比表面积变换式ln[(Sm-S0)/(Sm-S)]与球磨时间t符合线性关系。W-10Cu、W-20Cu复合粉末球磨20h,可以在1380℃一步液相烧结达到近全致密,显微组织细小且均匀。

W-Cu(Mo-Cu)复合材料的研究进展

W-Cu或Mo-Cu两相复合材料具有较高的导热性和较低的热膨胀系数,在大功率器件中被视为一种很好的热沉材料。近年来,有关W-Cu或Mo-Cu作为电子热沉材料的研究在国内外已有一些报道。作者主要就近几年钨铜复合材料研究的几个主要热点问题进行综述报道。分析认为,梯度结构功能材料、纳米结构材料以及注射成形工艺在钨铜复合材料领域中的应用是当今钨铜电子材料发展的主要方向,同时对国内外最新研究进行了归纳总结,指出了今后发展的主要动向。

反应烧结法制备SiC_((w))/SiC光学结构件复合材料

本文研究目的是制备一种与RB-SiC反射镜镜坯材料力学、热学性能匹配的高断裂韧性的镜框等光学构件材料(SiC(w)/SiC)。利用反应烧结法制备了SiC晶须增强SiC陶瓷复合材料(SiC(w)/SiCCMC)。测试了SiC(w)/SiC复合材料的主要力学性能和热学性能。结果表明,采用反应烧结法制备的SiC(w)/SiC复合材料具有良好的综合性能,其弯曲强度为243MPa;裂韧性值(KIC)从4.49MPa.m1/2提高到6.43MPa.m1/2,提高了43.2%;其热导率(125.3W/m·K)与RB-SiC陶瓷(119.3W/m·K)的热导率接近。初步探讨认为,SiC晶须的拔出、桥连现像和新生纳米SiC颗粒的存在是SiC(w)/SiC复合材料的主要增韧机理。

W-Ni/TiC复合材料的制备与组织

采用化学活化预处理对Ti C粉体进行镀前预处理,预处理后通过化学镀制备Ni-W包覆Ti C复合粉体,再将2%Ni-W包覆Ti C复合粉体与W粉混合,采用不同压力压制后烧结获得了W-Ni/Ti C复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)观察和分析了Ti C陶瓷粉体预处理前后形貌、包覆后复合粉体的形貌和成分、以及不同压力压制W-Ni/Ti C烧结体形貌和成分,探讨了Ni-W包覆Ti C复合粉体和W-Ni/Ti C复合材料形成过程,压制压力对烧结体的影响规律。结果表明,化学镀方法能够制备Ni-W包覆Ti C复合粉体,粉体包覆均匀性良好,所获得的W-Ni/Ti C复合材料与相同工艺下烧结的纯钨相比具有较好的致密性,且随着压制压力的增大,致密性更高。

二次烧结制备W-15wt％Cu复合材料

将W-15wt%Cu混合粉末在行星式高能球磨机上进行机械合金化(MA),球磨60h后复合粉末中弥散均匀分布的钨晶粒平均尺寸达到39.7nm。对此纳米复合粉末采用二次烧结和一次烧结两种工艺进行烧结。结果表明,相对于一次烧结工艺,采用二次烧结工艺制备出的烧结体的致密度显著提高,达到98.84%,且W、Cu两相分布更均匀,孔隙率更低。