W/ZrC复合材料的反应浸渗法制备及其力学性能

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本文以WC粉体或 WC粉与W混合粉体为原料制备预制体,以Zr2Cu合金熔液为浸渗体采用反应浸渗工艺制备了W/ZrC复合材料,并用XRD、SEM、TEM等分析手段和三点弯曲、单边切口梁法等测试方法对复合材料的组织结构及力学性能进行了系统研究,探讨了预制体状态和浸渗工艺对复合材料组织结构和力学性能的影响,以期为低温制备超高温难熔复合材料奠定一定的基础。  研究发现,冷压成型工艺和预烧工艺影响 WC预制体的性质。采用压力20MPa,保压时间2分钟的工艺可以获得气孔率50%左右的合格坯体。采用1200℃的预烧工艺,能够改善预制体的强度和颗粒表面的物理化学状态。  与纯Zr相比,采用Zr2Cu合金作为浸渗体时浸渗温度降低了500℃。无压浸渗反应法制备的W/ZrC复合材料组织均匀,生成的W岛屿近似球形,并均匀地分布在生成的ZrC基体中,界面结合良好。利用WC和W双颗粒配比的预制体制备的复合材料中的W岛屿的尺寸要比用纯WC作为预制体制备的复合材料中的W岛屿的尺寸小,后者组织中有少量WC剩余,而前者完全反应。  随 W含量降低,复合材料的抗弯强度升高,最高可达到600MPa。断裂机制从以沿晶断裂为主向以穿晶断裂为主转变。金属 W的存在提高了复合材料的断裂韧性。断裂韧性最高值为11.0 MPa?m1/2。W颗粒尺寸越大,复合材料的断裂韧性越好。复合材料的韧化机制主要为W岛屿阻碍裂纹扩展,裂纹偏转及裂纹穿过W岛屿等。
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