收藏本站
《中南大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

微波加热机制及粉末冶金材料烧结特性研究

彭元东  
【摘要】:微波烧结技术是利用微波与物质相互作用的介质损耗而产生热量,使整个材料加热至被烧结温度而达到致密化的一种方法,其具有体积加热、选择性加热、非热效应等特点,是快速制备高质量的新材料和具有新的性能的传统材料的一种重要技术手段。论文首先探索了微波烧结纯金属粉末的微波加热特性及发热机理,并以还原铁粉为对象,研究了其烧结动力学及机制,为深入探讨微波烧结粉末冶金材料进行了基础性研究。在此基础上选取了在粉末冶金烧结中具有代表性的Fe-Cu-C铁基粉末冶金合金(少液相烧结或固相烧结)、W-Ni-Fe高密度合金(金属液相烧结)以及WC/Co硬质合金(金属与陶瓷液相烧结)为对象,研究了微波烧结此系列粉末冶金材料的工艺、性能、组织结构的特点与特性,并与常规烧结进行了对比。通过以上研究工作,得到以下主要研究结果: (1)金属粉末微波加热的机理存在电导损耗、磁损耗(涡流损耗、磁滞损耗、剩余损耗)和电弧放电等损耗机制,不同元素的金属粉末主导损耗机制不同。在磁性材质中,涡流损耗、磁滞损耗、剩余损耗比非磁性材料加热作用大;电导率大的材料电导损耗效果明显。同种金属粉末压坯的微波加热升温曲线依赖于粉末颗粒尺寸、孔隙度和微波输出功率。颗粒尺寸越小,加热速率越快,最终所能加热的温度也越高;孔隙度越高,加热速率越快,而最终所能加热的温度与起始孔隙度无关;微波输出功率越大,加热速度越快。在低温下,SiC可大量缩短金属压坯的加热时间,而高温下不影响Fe粉压坯的加热曲线形状,是一种较为理想的低温辅热材料。 (2)微波烧结还原铁粉,在fcc晶体区域,试样密度和烧结温度满足黄培云综合作用烧结理论。还原铁粉微波烧结的主要机制是晶界扩散,也存在体积扩散。微波烧结的表观活化能为76.21 kJ/mol,和常规烧结相接近。 (3)相比于常规烧结Fe-2Cu-0.6C粉末冶金材料,微波加热过程升温速度快,烧结时间显著缩短。微波烧结样品在氮氢混合气氛中,保温10min时,在1150℃得到最佳的烧结性能,密度为7.20g/cm3、洛氏硬度为HRB75、抗拉强度为413.9MPa、伸长率为6%。在1150℃微波烧结时,保温15min试样的各项性能达到最佳,密度为7.22g/cm3、硬度为HRB78、抗拉强度为416.8MPa、延伸率为5.5%。与常规烧结相比,微波烧结试样洛氏硬度稍低,拉伸性能则显著提高。微波烧结对材料力学性能改善在于其良好的微观结构。微波烧结有着更少的孔隙,即小的、近圆形的、分布较为均匀的孔隙,而不同于常规烧结的较大的、有尖角的、分布不均匀的孔隙。且微波烧结有着更为均匀的孔隙结构,即中心致密边缘多孔,而不同于常规烧结的非均匀结构,即边缘致密中心相对多孔的结构。常规烧结样品的组织主要是由大量铁素体、极少量珠光体以及大小不一的各种孔洞组成;而微波烧结样品的组织主要是由铁素体、片状和粒状珠光体以及极少量的孔隙组成。常规烧结样品属于脆性穿晶断裂,而微波烧结为脆性穿晶断裂和韧窝型的穿晶韧性断裂的混合型断裂,提高了材料的韧性和塑性。 (4)90W-7Ni-3Fe合金在相同烧结温度下,原料粉末的粒度越小,性能越优异;但是在高温下,细粉颗粒性能反而降低。同种样品不同温度烧结时,有一最佳烧结温度,可获得最优的综合性能。在微波烧结中:1440℃下A试样的抗拉强度为919MPa、硬度为HRC35.8,1460℃下B试样的抗拉强度为899MPa、硬度为HRC34.7,1480℃下C试样的抗拉强度为884MPa、硬度为HRC34.5。相对于常规烧结,微波烧结试样W晶粒更细小、均匀,从而力学性能较好。TEM表明微波烧结合金中发现局部区域具有定向的条纹,这是微波“非热效应”作用的结果。 (5)在保温15min,微波烧结YG8试样在1500℃时达到最佳的硬度HRA90.3。与常规烧结试样相比,微波烧结试样的硬度较高,但抗弯强度明显降低;合金的显微组织细小、均匀,但明显存在脱碳相η。微波烧结气氛中含有氧是脱碳相η存在原因之一。钴含量不同的试样,在1460℃时WC-6Co硬度最高,而WC-9Co抗弯强度最高。用同等含量的Ni粉、Fe粉代替Co粉,所得试样与WC-6Co试样相比性能低。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TF124.5

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 郝赳赳;陈津;郭丽娜;;微波加热与常规加热高碳铬铁粉固相脱碳效果的研究[J];特殊钢;2014年05期
2 鲍瑞;易健宏;;微波烧结技术在硬质合金制备中的应用[J];中国有色金属学报;2014年06期
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王辅忠,李荣华;高密度钨合金中的沉淀相和强化研究[J];兵器材料科学与工程;2003年01期
2 步文博;徐洁;丘泰;李远强;唐惠东;;吸波材料的基础研究及微波损耗机理的探讨[J];材料导报;2001年05期
3 叶途明,易健宏,李丽娅,彭元东,吕豫湘,胡礼福;高比重钨合金研究的新进展[J];材料导报;2003年12期
4 翟华嶂,李建保,黄向东,戴金辉;微波非热效应诱发的陶瓷材料中物质各向异性扩散[J];材料工程;2003年06期
5 朱文玄,吴一平,徐正达,陈建国,徐镜廉,潘晓霞;微波烧结技术及其进展[J];材料科学与工程;1998年02期
6 彭元东;易健宏;吴彬;叶途明;李丽娅;罗述东;;微波烧结W-Ni-Fe高比重合金及其机理研究[J];稀有金属材料与工程;2008年01期
7 刘智;杨林;于传斌;马宁;车磊;;微波混合加热中SiC预加热体工艺参数对升温特性的影响[J];大连轻工业学院学报;2006年02期
8 陈丽芳;易健宏;彭元东;;烧结工艺对低合金钢性能的影响[J];粉末冶金材料科学与工程;2009年02期
9 周承商;易健宏;罗述东;彭元东;王红忠;;微波烧结W-Ni-Fe高密度合金的变形现象及显微组织[J];粉末冶金材料科学与工程;2010年03期
10 易建宏,罗述东,唐新文,李丽娅,彭元东,杜娟;金属基粉末冶金零件的微波烧结机理初探[J];粉末冶金工业;2003年02期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 常爱民;氧化物电子陶瓷材料的微波处理研究[D];电子科技大学;2002年
2 马运柱;纳米级钨基复合粉末的制备及其合金特性研究[D];中南大学;2004年
3 羊建高;梯度结构硬质合金的制备原理及梯度形成机理研究[D];中南大学;2004年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 傅小明,吴晓东;超细硬质合金中添加抑制剂的研究进展[J];四川有色金属;2004年01期
2 张兰亭;纳米硬质合金研究进展[J];四川有色金属;2005年01期
3 陈爱武;;PA/Cu复合粉末激光烧结成型机理研究[J];工程塑料应用;2008年06期
4 王梦瑜;;超细六角铁酸钡的分散与磁场下成型研究[J];合肥师范学院学报;2011年03期
5 白劲东;;DH36高强度船板钢在ASP生产线的开发与研制[J];鞍钢技术;2011年02期
6 罗飞;赵汉雨;刘存祥;邵海泉;李小虎;;几种常见土壤杀菌方法述评[J];安徽农学通报(上半月刊);2010年09期
7 曾朝阳;吴超;吕绪良;贾其;;基于有效介质理论的吸波材料性能分析[J];安全与电磁兼容;2011年04期
8 潘康生;;T型去耦等效电路[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2005年04期
9 潘康生;;点相量图的研究[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2007年03期
10 李成威,孙本良,卢艳青,徐阳;动态电解机的研制[J];鞍山科技大学学报;2003年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 周育才;罗玉雄;;基于微波加热法的原煤含水量在线检测研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
2 李宝霞;晏小兵;王亚光;;UNS No4400合金管材热处理温度与组织、性能关系探究[A];中国有色金属学会第十四届材料科学与合金加工学术年会论文集[C];2011年
3 吴艳青;施惠基;;粉末冶金热压过程界面扩散与应力场耦合的力学模型[A];第七届全国爆轰学术会议论文集[C];2006年
4 邹继兆;曾燮榕;熊信柏;唐汉玲;李龙;刘强;李志强;;微波热解沉积致密化工艺制备C/C复合材料[A];复合材料——基础、创新、高效:第十四届全国复合材料学术会议论文集(上)[C];2006年
5 王明超;张佐光;孙志杰;李敏;;莫来石增强B_4C防弹陶瓷研究[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集(上册)[C];2008年
6 邹继兆;曾燮榕;;微波热解CVI工艺中碳源前驱体对碳/碳复合材料致密化的影响[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集(上册)[C];2008年
7 周日兴;韩清华;李惠;王习治;;圆柱腔式微波杀菌机的研究[A];中国西部农产品加工及产业化发展战略研讨会论文集[C];2001年
8 杨军;彭虎;夏广斌;;微波烧结高密度ITO靶材[A];“第十四届全国微波能应用学术会议”暨“2009年微波创造美的生活高峰论坛”论文集[C];2009年
9 彭元东;易健宏;陈玲;罗述东;周承商;冉俊铭;;不同W粉末粒度的W-Ni-Fe高密度合金微波烧结性能[A];“第十四届全国微波能应用学术会议”暨“2009年微波创造美的生活高峰论坛”论文集[C];2009年
10 肖芬;熊兆贤;郑建森;刘同赞;张邦成;吴远兴;;微波炉快速解冻板的研制[A];“第十四届全国微波能应用学术会议”暨“2009年微波创造美的生活高峰论坛”论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王德广;金属粉末高致密化成形及其数值模拟研究[D];合肥工业大学;2010年
2 闫华;铜合金表面激光复合耐磨层及界面特性研究[D];华中科技大学;2010年
3 李瑞迪;金属粉末选择性激光熔化成形的关键基础问题研究[D];华中科技大学;2010年
4 张晓;ZnO基宽禁带稀磁半导体材料的制备及性能研究[D];南开大学;2010年
5 谭红琳;金属离子掺杂的ZnO第一性原理计算及透明导电薄膜制备研究[D];昆明理工大学;2009年
6 陈明昕;新型有机物切削刀具材料的低温二次硬化机理研究及渗碳体超细化的析出控制[D];昆明理工大学;2009年
7 田焜;水泥基电磁防护吸波多功能复合材料的研究[D];武汉理工大学;2010年
8 王翎;碲化物量子点的制备、表征及其在生物荧光标记中的应用[D];山东大学;2010年
9 郑人华;新型含邻菲罗啉聚合物及其金属配合物的设计合成与磁性能研究[D];浙江大学;2010年
10 吴连斌;有机硅/噻唑金属配合物的设计合成与磁性能研究[D];浙江大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 宋金壮;白光LED用不同光色发光材料的研究[D];长春理工大学;2010年
2 李果林;WC-Co-Ni硬质合金模具材料的制备及摩擦学特性研究[D];浙江理工大学;2010年
3 况琦;制备环境温度及紫外线灯照射改善ITO薄膜性能的研究[D];浙江理工大学;2010年
4 王明利;自动定容压机控制系统的设计与实现[D];郑州大学;2010年
5 王赞斌;合金材料在低应力划伤条件下磨损性能研究[D];郑州大学;2010年
6 程慧;正交相Y_2Mo_3O_(12)薄膜的制备及光吸收性能研究[D];郑州大学;2010年
7 刘兴鹏;基于微波同轴谐振腔物料密度测量技术的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 刘杰;基于时差法的超声波流量计设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 张苗苗;阵列微结构对微器件超声波精密封接的影响[D];大连理工大学;2010年
10 曲振;采煤机截割部扭矩轴的可靠性研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 彭虎;李俊;;微波高温加热技术进展[J];材料导报;2005年10期
2 罗述东;易健宏;彭元东;;微波烧结硬质合金工艺的升温速度分析[J];稀有金属材料与工程;2010年05期
3 杨亚杰;易健宏;鲍瑞;罗述东;陈刚;;微波烧结制备WC-12Co硬质合金[J];粉末冶金材料科学与工程;2010年01期
4 鲍瑞;易健宏;杨亚杰;彭元东;;超细WC-Co硬质合金的微波烧结研究[J];粉末冶金工业;2010年02期
5 刘继胜;;微波烧结工作原理及工业应用研究[J];机电产品开发与创新;2007年02期
6 王龙;陈津;郝赳赳;林万明;李凯;邓永光;;微波加热内配碳酸钙高碳铬铁粉脱碳物料的物相结构[J];过程工程学报;2013年03期
7 石蔼如,贾云发;微波固相反应的扩散增强机理[J];青岛大学学报(自然科学版);1998年01期
8 李庆海;;氧气转炉顶底复合吹炼法生产中低碳铬铁[J];铁合金;1982年03期
9 王世拥;真空固态脱碳生产微碳铬铁的质量控制[J];铁合金;1998年03期
10 唐喜文,李祥飞,柏森;热装法生产中低碳铬铁[J];铁合金;2002年05期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 鲍瑞;WC-Co硬质合金的微波烧结制备研究[D];中南大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张云廷;钨合金真空热处理机理探讨[J];兵器材料科学与工程;1990年03期
2 黄继华,周国安,赖和怡,张滨茹;近十年高比重钨合金强韧化研究动态[J];兵器材料科学与工程;1991年10期
3 倪代秦;喷雾干燥法制备超细粉末的研究[J];兵器材料科学与工程;1992年07期
4 范爱国,师一华;国外弹用高性能钨重合金研究进展[J];兵器材料科学与工程;1999年01期
5 范爱国;Ni-Mn作粘结相的烧结W合金[J];兵器材料科学与工程;1999年05期
6 张朝晖,王富耻,李树奎,程兴旺;高比重钨合金的静液挤压强化[J];兵器材料科学与工程;2000年04期
7 马国刚;烧结时间对W-Ni-Fe重合金的组织结构及性能影响的研究[J];兵器材料科学与工程;2001年05期
8 冯庆芬,丁华东,方民宪,朱金华;La,Ce对93WNiFe合金动态拉伸性能的影响[J];兵器材料科学与工程;2003年03期
9 唐长国,朱金军;钨合金动态拉伸断口的分形维数[J];兵器材料科学与工程;1994年04期
10 聂常绅,吴琳,刘金红,韩丽华;W-Ni-Fe-Co系重合金中锰的作用机制的研究[J];兵器材料科学与工程;1994年05期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 宋忠烈;陶瓷的微波烧结[J];宇航材料工艺;1990年06期
2 蔡杰;陶瓷材料微波烧结研究[J];真空电子技术;1994年04期
3 蔡杰,郭景坤;陶瓷材料微波烧结研究[J];无机材料学报;1995年02期
4 盛忠志,简家文,杨兰;微波烧结BaTiO_3陶瓷的微结构[J];新疆石油学院学报;1999年02期
5 耀星;美国用微波烧结法制出粉末冶金件[J];粉末冶金工业;2000年02期
6 谢志鹏,李健保,黄勇;工程陶瓷的微波烧结研究与展望[J];高技术通讯;1996年05期
7 樊旭东,谢志鹏,黄勇,徐利华;Y、Ce-TZP陶瓷的微波快速烧结[J];陶瓷学报;1996年04期
8 张锐,卢红霞;微波烧结 ZTA 陶瓷力学性能研究[J];郑州大学学报(工学版);1998年02期
9 张玉珍,王苏新;陶瓷微波烧结的发展概况[J];佛山陶瓷;2004年11期
10 周健,董学斌,程吉平,梅炳初,袁润章;微波烧结Al_2O_3陶瓷的研究[J];武汉大学学报(自然科学版);1999年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 郝斌;刘大成;;微波烧结的研究进展及其在陶瓷材料中的应用[A];中国硅酸盐学会陶瓷分会2010年学术年会论文集(二)[C];2010年
2 易健宏;周承商;;金属基粉末冶金材料的微波烧结技术研究[A];2009全国粉末冶金学术会议论文集[C];2009年
3 谢杰;汪建华;李远;熊礼威;;微波烧结高纯度氧化铝陶瓷及其增韧研究[A];第十五届全国等离子体科学技术会议会议摘要集[C];2011年
4 冷观武;李俊;彭虎;;微波高温烧结铁氧体材料研究与实践[A];第三届永磁及软磁铁氧体技术交流会论文集[C];2004年
5 彭元东;易健宏;刘时群;罗述东;李丽娅;;不同Co含量硬质合金的微波烧结性能[A];2009全国粉末冶金学术会议论文集[C];2009年
6 杨军;彭虎;夏广斌;;微波烧结高密度ITO靶材[A];“第十四届全国微波能应用学术会议”暨“2009年微波创造美的生活高峰论坛”论文集[C];2009年
7 彭元东;易健宏;陈玲;罗述东;周承商;冉俊铭;;不同W粉末粒度的W-Ni-Fe高密度合金微波烧结性能[A];“第十四届全国微波能应用学术会议”暨“2009年微波创造美的生活高峰论坛”论文集[C];2009年
8 周承商;易健宏;罗述东;郭颖利;彭元东;;升温速度对微波烧结W-Ni-Fe高密度合金的影响[A];“第十四届全国微波能应用学术会议”暨“2009年微波创造美的生活高峰论坛”论文集[C];2009年
9 林祖纕;;陶瓷的微波烧结[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集[C];2004年
10 蔡苇;符春林;高家诚;邓小玲;陈刚;;常规烧结和微波烧结的钛酸钡陶瓷介电和铁电性比较研究[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集(第二卷)[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前3条
1 ;中国禁止出口限制出口技术目录[N];国际经贸消息;2002年
2 ;高导热低膨胀复合材料及其制备工艺[N];中国有色金属报;2003年
3 张小英;精细陶瓷主要烧结技术[N];广东建设报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李永存;新型快速微波烧结微观机理的同步辐射在线实验研究[D];中国科学技术大学;2013年
2 陈利祥;结构陶瓷微波烧结/焊接腔内电磁场分布的仿真模拟研究[D];中国海洋大学;2011年
3 彭元东;微波加热机制及粉末冶金材料烧结特性研究[D];中南大学;2011年
4 鲍瑞;WC-Co硬质合金的微波烧结制备研究[D];中南大学;2013年
5 常爱民;氧化物电子陶瓷材料的微波处理研究[D];电子科技大学;2002年
6 孙璐薇;微波烧结含CO_3~(2-)的多孔β-TCP/HA双相生物陶瓷材料及其性能的研究[D];四川大学;2004年
7 胡军;高磁导率NiZn铁氧体的低温烧结研究[D];浙江大学;2006年
8 全峰;微波烧结WC-10Co硬质合金的结构与性能研究[D];武汉理工大学;2007年
9 王辛龙;纳米磷酸钙生物陶瓷的制备及其生物学效应研究[D];四川大学;2006年
10 柏自奎;金属氧化物气敏元件阵列的制备与性能研究[D];华中科技大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈丽芳;微波烧结Fe-4Ni-2Cu-0.6Mo-0.6C合金钢性能研究[D];中南大学;2009年
2 尹华杰;微波驱动电源及微波烧结炉研究[D];华中科技大学;2011年
3 裘智峰;微波烧结温度智能控制的研究与实现[D];中南大学;2004年
4 陈迪;氧化铟锡(ITO)掺杂微波烧结研究[D];西南交通大学;2014年
5 袁振;微波烧结ITO靶材研究[D];中南大学;2011年
6 娄静;微波烧结YG8硬质合金的脱碳行为及其控制[D];中南大学;2011年
7 周承商;微波烧结W-Ni-Fe高密度合金研究[D];中南大学;2009年
8 张华香;锂钒氧化物Li_(1+x)V_3O_8的合成与电化学性能研究[D];福建师范大学;2004年
9 林素英;Li_4Mn_5O_(12)的制备与电化学性能研究[D];福建师范大学;2004年
10 丁忠军;非氧化物陶瓷材料微波烧结自动化装置的研究[D];武汉理工大学;2005年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026