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《合肥工业大学》 2008年
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化学成分对Ti(C,N)基金属陶瓷的组织和力学性能的影响

李燕  
【摘要】: 本文用粉末冶金工艺制备了Ti(C,N)基金属陶瓷,并采用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X-射线能谱(EDX)等试验手段研究了C、WC、Mo和碳纳米管(CNTs)含量对Ti(C,N)基金属陶瓷组织结构和性能的影响。 概述了Ti(C,N)基金属陶瓷的组织性能和发展过程,并指出了Ti(C,N)基金属陶瓷的发展趋势;同时概述了碳纳米管(CNTs)及其增强复合材料的发展现状和趋势。在此基础上指出了本文的研究目的和意义,介绍了本文的试验原材料、研究内容和试验方法. 采用TiN和TiC等陶瓷粉体原材料,以金属Co作为粘结剂,制备了Ti(C,N)-Co金属陶瓷材料,研究了不同C含量、WC含量和Mo含量对金属陶瓷的显微组织和力学性能的影响。实验结果显示:添加C、WC和Mo的Ti(C,N)-Co金属陶瓷的组织中均有黑芯—灰壳结构和白芯—灰壳结构,其中以黑芯结构为主。随着碳含量的增加,金属陶瓷的组织中白芯的陶瓷相稍有增多,硬质陶瓷相颗粒粒径有所长大,未溶解的TiC黑芯数量减少;随着碳含量的增加,金属陶瓷的抗弯强度和硬度有相似的趋势,首先增加到达第一个峰值,然后降低,在碳含量为1.5wt%时达到最低,碳含量进一步增加到2.0wt%时达到最大值,随后又降低;随着碳含量的增加,金属陶瓷的断裂韧性不是单调增加。随着WC含量的增加,金属陶瓷的组织细化;金属陶瓷的抗弯强度和硬度增加,断裂韧性随着WC含量的增加而降低,WC含量在10wt%到20wt%之间,断裂韧性变化不明显。Mo的加入,由于富钼壳层的形成和硬质相与金属粘结相润湿性的改善,金属陶瓷的显微组织细化,当Mo的添加量超过10wt%时,硬质相颗粒的平均粒径小于0.5μm:随着Mo含量的增加,金属陶瓷的抗弯强度单调增加,硬度和断裂韧性先增后降,分别在10wt%Mo和5wt%Mo添加时获得最大的硬度和断裂韧性。 碳纳米管具有独特的一维管状结构和优异的力学性能,是纤维/晶须类复合材料强化相的终极形式,因此将碳纳米管引入Ti(C,N)基金属陶瓷基体,采用化学镀工艺在碳纳米管表面镀Co,采用真空烧结制备了不同碳纳米管含量的Ti(C,N)-Co金属陶瓷复合材料。研究了不同含量镀钴和未镀钴的碳纳米管对Ti(C,N)金属陶瓷组织和力学性能的影响。结果显示:添加镀钴碳纳米管和未镀钴碳纳米管的Ti(C,N)-Co金属陶瓷的组织中均具有黑芯-灰壳结构和白芯-灰壳结构,断裂韧性和硬度在碳纳米管含量较低时增加,随着碳纳米管含量增加而降低。添加镀钴碳纳米管的金属陶瓷的断裂韧性在0.5wt%CNTs时达到最大,硬度在1.0wt%CNTs时达到最大,比未加碳纳米管的试样分别提高了112.8%和43.7%。添加未镀钴碳纳米管的金属陶瓷的断裂韧性,在2.5wt%时达到最大,比未加碳纳米管的试样断裂韧性提高了87.7%;其硬度在碳纳米管含量1.0wt%时达到最大,比未加碳纳米管的试样硬度提高了58.6%。可以看出,镀钴碳纳米管和未镀钴碳纳米管的添加都能提高Ti(C,N)-Co金属陶瓷的硬度和断裂韧性。 研究了镀镍碳纳米管和未镀镍的碳纳米管对Ti(C,N)-Ni金属陶瓷组织和力学性能的影响。实验结果显示:添加镀镍碳纳米管和未镀镍碳纳米管的金属陶瓷,随着碳纳米管添加量的增加,XRD衍射图中粘结相Ni的衍射峰逐渐右移:在碳纳米管添加量低于2.5wt%时这种现象尚不明显,但达到2.5wt%以后,衍射峰明显右移,以至Ni的第三个衍射峰几乎与Ti(C,N)的衍射峰重叠。Ti(C,N)基金属陶瓷同时呈现经典的黑芯-灰壳结构以及白芯—灰壳结构。白芯—灰壳结构的体积分数随着碳纳米管含量的增加而增加。显微组织中的孔洞数量也随着碳纳米管含量的增加而增加。添加镀镍碳纳米管的金属陶瓷,随着碳纳米管加入量的增加,Ti(C,N)基金属陶瓷的孔洞数量逐渐增加,致密度逐渐减小,增加和减小的幅度在碳纳米管的加入量为5.0wt%之前都很小,随后急剧增大,这与碳纳米管的团聚现象有关;硬度变化趋势基本与密度一致:断裂韧性先增加后减小,峰值在2.5wt%(15.94MPa·m~(1/2)),比未加碳纳米管试样(10.19 MPa·m~(1/2))增加55.9%,随后急剧下降。添加未镀镍碳纳米管的金属陶瓷,随着碳纳米管含量的增加,金属陶瓷的硬度和断裂韧性先增加后减小。当碳纳米管含量为1.0wt%时,金属陶瓷的硬度和断裂韧性分别为92.0HRA和16.6MPa·m~(1/2),与未加碳纳米管的金属陶瓷相比,分别增加0.2%和62.7%。可以看出,镀镍碳纳米管和未镀镍碳纳米管的添加对Ti(C,N)-Ni金属陶瓷都具有很好的增韧作用。 探讨了碳纳米管的添加对Ti(C,N)基金属陶瓷的增韧机理,主要有拔出与桥联以及残余应力增韧、裂纹弯曲、偏转和分支增韧和界面增韧等几种机制,碳纳米管增强Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料的力学性能提高是以上几种韧化机制复合作用的结果。 最后,对全文进行了总结。
【学位授予单位】:合肥工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TG148

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王国建;郭建龙;屈泽华;;碳纳米管/环氧树脂复合材料力学性能影响因素的研究[J];玻璃钢/复合材料;2007年04期
2 熊惟皓,胡镇华,崔崑;Ti(C,N)基金属陶瓷中碳化物的界面行为[J];材料导报;1998年02期
3 程继贵,王华林,夏永红,蒋阳;功能梯度硬质合金和金属陶瓷材料研究的新进展[J];材料导报;2000年04期
4 周泽华,丁培道;Ti(C,N)基金属陶瓷中添加成分的研究现状[J];材料导报;2000年04期
5 丰平;熊惟皓;余立新;;Ti(C,N)基金属陶瓷烧结过程的冶金基础及其显微组织特征 Ⅰ烧结过程的冶金基础[J];材料导报;2004年02期
6 郑勇,熊惟皓;微米级和亚微米级Ti(C,N)基金属陶瓷的组织和性能[J];材料工程;2001年05期
7 何林,黄传真,孙静,刘含莲,王随莲,艾兴;Cr_3C_2含量对Ti(C,N)基金属陶瓷力学性能的影响[J];材料工程;2003年07期
8 沈军;张法明;孙剑飞;;陶瓷/碳纳米管复合材料的制备、性能及韧化机理[J];材料科学与工艺;2006年02期
9 何林,黄传真,黄勤,宋世学,王随莲,艾兴;Mo_2C含量对Ti(C,N)基陶瓷力学性能和显微结构的影响[J];材料科学与工程学报;2003年02期
10 晏鲜梅;熊惟皓;郑立允;;表面处理制备Ti(C,N)基金属陶瓷功能梯度材料[J];稀有金属材料与工程;2006年S2期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 陈文琳;超细晶粒Ti(C,N)基金属陶瓷刀具与切削性能研究[D];合肥工业大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张振;赵志鸿;张锐;肖德凯;;2005年我国热固性工程塑料进展[J];工程塑料应用;2006年05期
2 张振;赵志鸿;张锐;高群;;2007年我国热固性工程塑料进展[J];工程塑料应用;2008年05期
3 贾莉莉;毕红;王亚芬;;聚氨酯泡沫复合材料的制备及其吸波性能研究[J];安徽大学学报(自然科学版);2007年05期
4 江建刚;硬质合金粉末喷涂试验[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2001年03期
5 师瑞霞,李嘉,陶文宏,尹衍升;Al_2O_3基陶瓷材料的强韧化研究进展[J];兵器材料科学与工程;2005年05期
6 李金平;韩杰才;李庆芬;孟松鹤;张幸红;;ZrB_2-SiC_w超高温陶瓷材料的研究[J];兵器材料科学与工程;2006年01期
7 刘家琴;叶敏;吴玉程;张立德;;Ni-Co-P/CNTs复合微波吸收剂的制备及表征[J];兵器材料科学与工程;2009年02期
8 陈枭;王洪涛;白小波;;激光熔覆硼化物基金属陶瓷涂层的显微结构与性能研究[J];兵器材料科学与工程;2012年01期
9 陈海芳;甘国友;严继康;张小文;;纳米TiO_2添加剂对TiO_2压敏陶瓷性能的作用[J];半导体技术;2006年02期
10 韩文爵;王海风;罗春炼;田海兵;;提高玻璃封装二极管可靠性的研究[J];半导体技术;2008年11期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 郑立允;熊惟皓;牛兰芹;范畴;魏京;;Ti(C,N)基金属陶瓷熔渗/氮化复合表面处理[A];海峡两岸第二届工程材料研讨会论文集[C];2004年
2 邹洪伟;叶金文;刘颖;夏珊;李平平;;原料中的碳、氧含量对无粘结相硬质合金性能的影响[A];2009(重庆)中西部第二届有色金属工业发展论坛论文集[C];2009年
3 张兆国;孙勇;;纳米复合化学镀技术研究现状及展望[A];第十一次全国农机维修学术会议论文集[C];2003年
4 王伟;齐龙浩;潘伟;;细晶TiCN-Mo-Ni金属陶瓷的放电等离子体烧结[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年
5 程继贵;吴玉程;夏永红;王华林;;层压法制备双层晶粒WC-Co梯度功能材料的研究[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
6 夏法锋;吴蒙华;李智;吴庆利;;脉冲电沉积Ni-纳米Si_3N_4复合镀层[A];2006年全国功能材料学术年会专辑[C];2006年
7 张婧媛;刘家臣;李中秋;许睿;汪彩芬;;微波预处理对氧化锆陶瓷抗热震性能的影响[A];2008全国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2008年
8 徐晓虹;焦国豪;吴建锋;赵芳;方斌正;;用于太阳能热发电的Al_2O_3/ZrO_2(Y_2O_3)纳米复相陶瓷的制备及性能研究[A];2009中国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2009年
9 刘宁;;Ti(C,N)基金属陶瓷刀具的组织和性能研究与切削加工有限元模拟[A];2008年安徽省科协年会机械工程分年会论文集[C];2008年
10 夏法锋;吴蒙华;李智;;超声——电沉积纳米Ni-Al_2O_3复合镀层及其质量分数测定[A];2005年中国机械工程学会年会论文集第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年
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1 瞿峻;Ti(C,N)基金属陶瓷增强技术及其组织和性能研究[D];华中科技大学;2010年
2 张光祖;钛酸锶钡场致效应及热释电特性研究[D];华中科技大学;2010年
3 祝琳华;新型NZP族催化剂载体材料的合成及应用研究[D];昆明理工大学;2010年
4 祁小四;新颖碳基纳米材料的合成与性能研究[D];南京大学;2011年
5 郭忠全;高性能铜基电接触复合材料的研制及强化机理研究[D];山东大学;2011年
6 吴厚平;稀土在Cr/V-RE/La_2O_3联合掺杂WC-Co合金烧结过程中的定向迁移行为与机理[D];中南大学;2011年
7 朱志平;碳纳米管复合物去除电站锅炉补给水中有机物的机理研究[D];中南大学;2011年
8 刘怀菲;二元稀土氧化物复合稳定氧化锆热障涂层材料的制备及性能研究[D];中南大学;2011年
9 方玺;树脂基碳毡复合层力阻特性的细观统计建模研究[D];武汉理工大学;2011年
10 王东生;TiAl合金表面等离子喷涂MCrAlY及陶瓷涂层的激光重熔研究[D];南京航空航天大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 殷雪萌;烧结温度与升温速率对牙科可切削硅藻土全瓷材料性能影响的实验研究[D];南京医科大学;2010年
2 张羽廷;热等静压处理对铀表面铝(钛)镀层及界面特性的影响[D];中国工程物理研究院;2010年
3 赵霞;碳纳米管增强铝基复合材料组织及性能的研究[D];南昌航空大学;2010年
4 于雷;多孔NiAl材料合成及性能研究[D];山东科技大学;2010年
5 窦志强;SHS法制备TiB_2-Al_2O_3复相陶瓷的组织及形成机理研究[D];山东科技大学;2010年
6 李德伟;新型氧化铝基陶瓷刀具的研制及其性能研究[D];大连理工大学;2010年
7 谭锦颢;无钨钴Ti(C,N)基金属陶瓷的初步研究[D];湖南工业大学;2010年
8 李代雄;二氧化钛与锰氧化物材料的制备及其应用[D];武汉工业学院;2010年
9 陈佳君;抗高温氟化物腐蚀导电材料的研究[D];昆明理工大学;2009年
10 郭威威;添加SWNTs对LiBH_4吸放氢性能影响的研究[D];沈阳大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 冯拉俊,刘毅辉,雷阿利;纳米颗粒团聚的控制[J];微纳电子技术;2003年Z1期
2 熊惟皓,胡镇华,崔崑;硬质合金模具材料中相组织结构述评[J];材料导报;1992年05期
3 钱中良,熊惟皓,张杰,胡镇华,崔崑;金属陶瓷拉伸模具材料[J];材料导报;1996年05期
4 李臻熙,张同俊,李星国;梯度功能材料的热应力研究现状与展望[J];材料导报;1997年05期
5 程继贵,王华林,夏永红,蒋阳;功能梯度硬质合金和金属陶瓷材料研究的新进展[J];材料导报;2000年04期
6 周泽华,丁培道;Ti(C,N)基金属陶瓷中添加成分的研究现状[J];材料导报;2000年04期
7 丰平;熊惟皓;余立新;;Ti(C,N)基金属陶瓷烧结过程的冶金基础及其显微组织特征 Ⅰ烧结过程的冶金基础[J];材料导报;2004年02期
8 郑勇,熊惟皓;微米级和亚微米级Ti(C,N)基金属陶瓷的组织和性能[J];材料工程;2001年05期
9 曹茂盛,高正娟,朱静;CNTs/Polyester复合材料的微波吸收特性研究[J];材料工程;2003年02期
10 贾志杰,王正元,梁吉,魏秉庆,吴德海,张增民;PA6/碳纳米管复合材料的复合方法的研究[J];材料工程;1998年09期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 谢峰;纳米改性金属陶瓷刀具的研制及其几何参数的数字化设计[D];合肥工业大学;2003年
2 雷燕;纳米复合Ti(C,N)基金属陶瓷材料研究[D];华中科技大学;2005年
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1 李振红;纳米TiN改性TiC基金属陶瓷材料性能及刀具切削性能的研究[D];合肥工业大学;2002年
2 韩成良;纳米改性Ti(C,N)基金属陶瓷材料及铣刀性能的研究[D];合肥工业大学;2004年
3 晁晟;超细晶粒Ti(CN)基金属陶瓷材料成分,组织,性能关系的研究[D];合肥工业大学;2005年
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1 吕学鹏;郑勇;吴鹏;;碳纳米管添加量对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和力学性能的影响[J];中国有色金属学报;2011年01期
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3 袁秋红;曾效舒;宋宝来;熊建强;胡志军;;Al对Ni-CCNTs/Mg复合材料高温力学性能的影响[J];特种铸造及有色合金;2009年07期
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5 徐强;曾效舒;徐耀勇;袁秋红;;铸态CNTs/AM60复合材料高温性能与显微组织的研究[J];热加工工艺;2009年04期
6 徐强;曾效舒;徐耀勇;袁秋红;;包覆镍CNTs/AM60复合材料铸态显微组织与力学性能[J];机械工程材料;2009年10期
7 赵霞;柯黎明;徐卫平;刘鸽平;;搅拌摩擦加工法制备铝基复合材料组织与性能研究[J];热加工工艺;2010年20期
8 王赛玉;;碳纳米管含量对Ti(C,N)基金属陶瓷组织性能的影响[J];黄石理工学院学报;2007年01期
9 李吉刚;刘宁;;WC含量对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响研究[J];现代技术陶瓷;2006年04期
10 谭锦颢;周书助;朱磊;胡倞;罗成;;NbC含量对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和力学性能的影响[J];硬质合金;2010年02期
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1 胡业旻;殷利民;曹威;李瑛;朱明原;白琴;;电晕放电等离子体增强化学气相沉积法合成氮掺杂碳纳米管[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集(第一卷)[C];2011年
2 孙瑞敏;赵辉;陈永;刘洋;赵海沨;;碳纳米管与环氧树脂共混工艺研究[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
3 李世胜;喻万景;侯鹏翔;刘畅;成会明;罗艳红;孟庆波;吕伟;吴思达;杨全红;;碳纳米管垂直阵列/石墨烯纸复合材料在锂离子电池和染料敏化太阳能电池中的应用[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
4 李曼;白树林;张杨飞;贾治勇;;不锈钢纤维/碳纳米管填充尼龙基复合材料的力学性能研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第3分册)[C];2010年
5 刘夏;杨庆生;;网络碳纳米管复合材料的有效力学性能[A];复合材料:创新与可持续发展(下册)[C];2010年
6 周成飞;翟彤;曹巍;郭建梅;曾心苗;;碳纳米管/聚氨酯酰亚胺复合泡沫材料的制备与性能[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第4分册)[C];2010年
7 陈广新;毕丹;;碳纳米管的表面修饰及其改性聚乳酸的研究[A];2010年全国高分子材料科学与工程研讨会学术论文集(下册)[C];2010年
8 苏丹华;张玲;金磊;李春忠;;静电吸附制备玻璃布/碳纳米管增强体改性环氧树脂[A];颗粒学最新进展研讨会——暨第十届全国颗粒制备与处理研讨会论文集[C];2011年
9 张文毓;;碳纳米管及其应用[A];纳米材料和技术应用进展——全国第三届纳米材料和技术应用会议论文集(上卷)[C];2003年
10 吕建伟;王万录;廖克俊;万步勇;张毅;;形变引发碳纳米管膜电阻变化的研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 刘霞;吸入碳纳米管可影响人体免疫力[N];科技日报;2009年
2 记者 何德功;日研制出直径最小碳纳米管[N];新华每日电讯;2003年
3 记者 吴辉;我国碳纳米管产业化突破“瓶颈”[N];中国知识产权报;2001年
4 张巍巍;碳纳米管可激发人体自身免疫反应[N];科技日报;2010年
5 黄绍平;碳纳米管实用的路还远吗?[N];中国电子报;2001年
6 记者 谢昭萍 特约记者 肖萍;我国碳纳米管截短技术获得突破[N];中国化工报;2004年
7 记者 薛冬 通讯员 谭少容;我国率先实现碳纳米管产业化[N];光明日报;2001年
8 本报记者 薛冬 通讯员 谭少容;碳纳米管身价何以远高于黄金[N];光明日报;2001年
9 黄中;碳纳米管及其应用[N];中国知识产权报;2001年
10 冯卫东;数百米超长碳纳米管面世[N];科技日报;2009年
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1 李燕;化学成分对Ti(C,N)基金属陶瓷的组织和力学性能的影响[D];合肥工业大学;2008年
2 刘丽娜;碳纳米管—双马来酰亚胺体系的摩擦磨损研究[D];浙江大学;2010年
3 徐立华;电晕等离子体改性碳纳米管及其在环氧树脂中的应用[D];浙江大学;2010年
4 梅蕾;碳纳米管/碳纤维多尺度结构制备及其界面增强效果研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
5 朱幸福;碳纳米管复合材料及碳纳米管为模板的纳米管的制备与性质研究[D];吉林大学;2011年
6 崔伟;表面修饰碳纳米管/环氧树脂复合材料的界面结构与性能[D];华中科技大学;2011年
7 蒋辽川;半导体金属氧化物修饰碳纳米管的制备及其电催化、光电催化性能的研究[D];华南理工大学;2010年
8 亓钧雷;碳纳米管、碳纳米片、石墨烯及其复合物的制备和场发射性能的研究[D];吉林大学;2010年
9 姚胜红;碳纳米管/聚偏氟乙烯高介电纳米复合材料的显微结构控制与介电性能的关联[D];北京化工大学;2009年
10 韩占涛;表面活性剂悬浮碳纳米管在孔隙介质中的运移研究[D];中国地质科学院;2010年
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1 徐勤;碳纳米管树状分子复合材料的制备及其性能研究[D];上海师范大学;2010年
2 祝丽娟;碳纳米管/二氧化硅/炭黑/溶聚丁苯橡胶硫化胶性能研究[D];南京理工大学;2010年
3 林德盟;高分子水凝胶修饰碳纳米管神经元探针[D];南京理工大学;2010年
4 刘晓伟;碳纳米管及其复合物的制备和场发射性能的研究[D];吉林大学;2010年
5 陈晨;碳纳米管的功能化及其复合材料的电化学性能研究[D];北京化工大学;2010年
6 秦瑞红;气体膨胀液体的热力学性质研究及其在碳纳米管功能化修饰中的应用[D];郑州大学;2010年
7 林小静;碳纳米管的低温等离子体改性及其引发苯乙烯接枝共聚[D];天津大学;2010年
8 王蜜;聚硅氧烷接枝碳纳米管及聚合物复合材料的制备与性能[D];东北林业大学;2010年
9 曾静;自由基加成反应在碳纳米管和石墨烯修饰中的应用[D];兰州大学;2011年
10 郭大鹏;分子开关和十字形碳纳米管的输运性质研究[D];兰州大学;2011年
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