La2O3/ZrC复合陶瓷粉末对钨的力学性能与显微组织的影响

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碳化物增强钨合金和ODS钨合金由于在高温下具有良好的力学性能和蠕变抗力,成为最具潜力的新一代高温稳定服役材料。但单一增强相的强化效果有局限性,两相或多相复合协同强化有利于各相优势的发挥。首先,针对以上问题,本论文设计采用La2O3/ZrC复合陶瓷粉末增强钨,制备出氧化物/碳化物复合增强高温钨材料。采用非均相沉淀法制备出La2O3/ZrC包覆型复合粉末,分析讨论制备过程中的影响因素和相转变,得到最优工艺。并对包覆粉末的形貌、结构、粒径大小和包覆效果进行表征。探讨非均相沉淀包覆过程的机理。将包覆型复合粉末与W粉按照一定比例混合,压制、烧结制备出合金块体材料。探讨包覆处理和包覆相成分对合金组织和性能的影响。研究包覆相相对含量的变化对合金密度和线收缩率的影响,并对合金的烧结行为进行分析讨论。结果表明:(1)采用非均相沉淀法,制备核-壳结构的La2O3/ZrC纳米复合粉末的最优工艺是:反应溶液体系最终反应pH=10,分散剂PEG400的添加量为溶液体系体积百分数为0.8%,包覆粉末前驱体在750℃下煅烧2h。包覆后粉末颗粒体现出核-壳结构特点,颗粒表面表现出La2O3的化学性质。形成包覆粉末的机理是异相形核和均相长大。(2)ZrC和La2O3的添加方式、添加量对W合金力学性能影响较大。合金在1950℃烧结的结果表明,包覆型W-2ZrC/3La2O3合金的拉伸强度为450MPa,比混合添加的W-2ZrC-3La2O3合金强度提高了近50%。与单独加入ZrC的W-6ZrC合金相比,ZrC与La2O3包覆加入W-6ZrC/xLa2O3合金中,合金强度得到提高。并分别在La2O3添加量为0.5%和3.0wt%时强度接近370Mpa,强度分别提高了31%和32%。(3)复合添加方式可提高ZrC/La2O3在合金中的均匀分布,并在烧结过程中与钨形成二次相颗粒,阻碍了晶界迁移,细化了晶粒,使合金强度提高。复合相粒子分布于晶界,对其进行能谱分析发现,复合粒子由W, Zr, La, C和O几种元素组成。
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