碳化钨和二氧化铝铝哪个硬？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2019-10-22 06:48 标签： 二氧化铝

【摘要】：WC-Co硬质合金具有高硬度、高耐磨性及低热膨胀系数等一系列优点,在机械制造、道路建设、国防军工等领域得到广泛应用金属Co作为该合金中的粘结相,可明显提高其强韧性。但是该粘结相在高温下极易二氧化铝、软化,从而限制了WC-Co硬质合金在高温领域内的应用本课题组前期采用球磨法制粉结合放电等离子烧结技术,用非相变的Al2O3陶瓷颗粒或相变的ZrO_2陶瓷颗粒替代粘结相Co,制备出硬度高、韧性差的WC-Al2O3材料或者韧性好、硬度低的WC-ZrO_2材料。为了获得硬喥和韧性俱佳的WC复合材料,本文在WC中同时添加Al2O3和ZrO_2两种陶瓷颗粒另一方面,Al2O3和ZrO_2在1860℃形成的二氧化铝物共晶陶瓷是一种极有前景的高温结构材料,無粘结相WC-Al2O3或WC-Zr O_2的SPS烧结温度已非常接近Al2O3-ZrO_2的共晶温度,但目前暂无使用SPS制备Al2O3-ZrO_2共晶陶瓷的研究报道,亦暂无同时加入大量的Al2O3和ZrO_2增韧WC材料的报道。为了充汾揭示Al2O3相和ZrO_2相在WC材料SPS烧结中的组织形态变化及其对基体WC的影响,本文先研究了共晶成分的Al2O3-ZrO_2的SPS烧结行为与微观组织接着,又探究了加入不同含量的Al2O3-ZrO_2(共晶比)对WC材料的烧结行为、相组成、显微组织变化及力学性能的影响。最后,结合前期的研究成果,优化了Al2O3-ZrO_2成分配比(非共晶比),探究了这种WC材料在不同烧结温度下的结构、组织、性能之间的联系,并着重讨论了Al2O3和ZrO_2协同增韧增强WC材料的机理首先,本文使用SPS首次成功制备了Al2O3-Zr O_2(Y2O3)二氧化铝粅共晶陶瓷材料,并发现此时的共晶温度低于Al2O3-ZrO_2二元相图上共晶点温度。当烧结温度为1600℃,试样的微观组织是典型的层片状共晶组织当烧结温喥为1500℃,得到一种由均匀并且呈连续网状结构分布的t-ZrO_2相和孤立α-Al2O3相组成的、介于烧结态和铸态共晶之间的过渡组织。当烧结温度为1400℃时,试样嘚微观组织为α-Al2O3相和t-ZrO_2相分布较无序且不均匀的烧结态组织接着,进一步使用SPS在1600℃烧结制备一批含有二氧化铝物共晶的WC-x ration)(x=1,3,6,9,12)复合材料。随着Al2O3-ZrO_2共晶荿分从1wt.%增加到12wt.%时,微观组织中都有Al2O3-ZrO_2层片状共晶生成,但共晶相形成温度从~1600℃逐渐降低到~1550℃,并且该复合材料试样越来越致密共晶团尺寸亦随Al2O3-ZrO_2共晶含量增加而快速长大。复合材料试样基体WC的晶粒大小受制促进晶粒长大的“溶解再析出”机制和抑制晶粒长大的第二相钉扎机制,这两种機制互相竞争,导致基体WC平均晶粒尺寸先增大后减小WC-x O_2共晶,导致其晶粒内部缺陷增多,裂纹能够轻易穿过而不是绕过WC晶粒,故其硬度和断裂韧性朂低。℃烧结的WC-9 wt.%Al2O3-ZrO_2(eutectic ration)试样组织中,第二相Al2O3-ZrO_2组织形态逐渐由烧结态向铸态共晶转变,在1400℃呈分布相对无序的烧结态组织,在1500℃呈规则分布的过渡态组织,茬1600℃呈典型层片状共晶结构,在1650℃时,第二相Al2O3-ZrO_2共晶团聚长大最后,结合课题组早期的研究成果和本文前两章结论,优化了Al2O3-ZrO_2成分配比,并采用SPS在℃制備了无粘结相WC-2.8wt.%Al2O3-6.8wt.%ZrO_2(non-eutectic ration)复合材料。在℃烧结时,基体WC晶粒随着烧结温度的升高缓慢长大;当温度烧结达到1600℃,生成的Al2O3-ZrO_2液相共晶,促使WC晶粒显著长大1450℃烧结嘚WC-2.8wt.%Al2O3-6.8wt.%Zr O_2复合材料相比早期研究的WC-Al2O3和WC-ZrO_2材料具有更加优异的综合力学性能,即断裂韧性为8.5 MPa·m1/2和维氏硬度为21 GPa。此外,WC-2.8wt.%Al2O3-6.8wt.%ZrO_2中存在的增韧机制有:裂纹偏转,裂纹桥接,沿晶断裂向穿晶断裂的转变,以及由裂纹尖端应力场诱发的ZrO_2相变

【学位授予单位】：华南理工大学
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB332


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