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高性能三元硼化物基金属陶瓷制备技术的研究

作　者: 庞旭明
导　师: 郑勇
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 材料加工工程
关键词: Mo2FeB2基金属陶瓷合金化晶粒长大抑制剂价电子结构
分类号: TG148
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 74次
引　用: 3次
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内容摘要

本论文采用热分析(DSC)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、透射电镜(TEM)等实验手段系统地研究了Mo2FeB2基金属陶瓷的成分、制备工艺、组织结构和性能等之间的关系。本文综述了近二十年来Mo2FeB2基金属陶瓷的发展概况和研究进展。总结了金属陶瓷的制备技术;简述了成分及添加剂对Mo2FeB2基金属陶瓷组织和性能的影响;总结了Mo2FeB2基金属陶瓷烧结过程中物理化学变化等方面的研究成果;简述了晶粒长大抑制剂在细晶粒金属陶瓷中的研究进展。并在此基础上指出了本文的研究目的和意义。研究了化学成分对Mo2FeB2基金属陶瓷组织和性能的影响,得出如下实验结论:Cr添加量为2.4wt %时,Cr固溶入硬质相生成正方晶系(Mo, Fe, Cr)3B2固溶体,晶粒向球形转化,材料具有较佳的微观组织和较好的强韧性;当Mo/B原子比为0.92时,晶粒细小,硬质相在粘结相中分布比较均匀,金属陶瓷中的Fe2B含量较合适,材料力学性能最佳;Mn添加量为2.5wt%时, Mn降低了液相形成温度,提高了液相对固相的润湿性进而增强两相的结合,从而获得组织致密力学性能良好的Mo2FeB2基金属陶瓷。研究了用FeMo合金部分代替Mo和Fe制备的低成本金属陶瓷在烧结过程中组织、结构和性能的变化规律,结果表明:Mo2FeB2是在固相烧结阶段通过原位反应生成;液相L1和L2分别在1091℃和1135℃时出现;随着烧结温度的逐渐升高,金属陶瓷的组织逐渐变得均匀,硬质相通过溶解-析出机制逐渐长大;温度过高时,晶粒明显长大。研究了稀土元素对金属陶瓷组织和性能的影响。结果表明:适量的稀土细化晶粒的作用比较明显,稀土元素在金属陶瓷中富集在Mo2FeB2和Fe的相界处,抑制了溶解-析出过程的进行,最终阻止了Mo2FeB2基金属陶瓷烧结过程中晶粒的长大。根据固体与分子经验电子理论(EET理论)对(Mo, Fe, Mn)3B2固溶体进行定量分析。通过键距差(BLD)方法计算了Mn对Mo2FeB2晶体价电子结构的影响。结果表明:Fe-B键最强,其共价电子数nB= 0.51776。沿[001]方向分布的Fe-Fe键较弱,其共价电子数nI= 0.186264;其最强键nA值可作为硬度高低的比较指标;Σnα可用来比较其塑性的相对高低;Mn溶入Mo2FeB2,使其塑性增加。Mn可以使金属陶瓷的硬质相得以增韧,因而对于Mo2FeB2基金属陶瓷,Mn是一种重要的添加剂。

高性能三元硼化物基金属陶瓷制备技术的研究

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