收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

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。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
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
2 徐强;曾效舒;徐春水;周国华;;碳纳米管/球墨铸铁复合材料制备及组织性能的研究[J];铸造技术;2010年02期
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
4 周国华;曾效舒;袁秋红;;铝含量对碳纳米管/镁基复合材料的影响[J];特种铸造及有色合金;2008年08期
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
11 盛永华;李力;;碳纳米管在增强镁基复合材料方面的作用[J];热加工工艺;2011年06期
12 周国华;曾效舒;袁秋红;戚道华;;消失模铸造法制备CNTs/ZM5镁合金复合材料的研究[J];热加工工艺;2008年09期
13 周国华;曾效舒;袁秋红;徐强;;Al含量对CNTs/镁基复合材料显微组织和力学性能的影响[J];铸造技术;2009年02期
14 王赛玉;熊惟皓;;碳纳米管及稀土元素钇(Y)对高Ni含量Ti(C,N)基金属陶瓷组织与性能的影响[J];金属热处理;2007年07期
15 龚正春;唐信萍;孟令庆;犹公;;T91钢管手工氩弧焊接头的显微组织[J];理化检验(物理分册);2006年11期
16 熊志林;朱政强;张义福;曾纯;;超声波焊接制备碳纳米管增强铝基复合材料[J];南昌大学学报(工科版);2010年04期
17 刘文俊,郑勇,熊惟皓;Ti(C,N)金属陶瓷中纳米粉含量对组织和性能的影响[J];粉末冶金技术;2005年05期
18 马永杰;;采用连续冷却方法获得奥-贝球铁[J];热加工工艺(铸锻版);2006年01期
19 周军;刘宁;卢茂华;章晓波;荣春兰;;原始粉末粒度对Ti(C,N)基金属陶瓷组织性能的影响[J];硬质合金;2007年01期
20 田乃良,常明,杨保和,许德胜,郑启光;碳纳米管在金刚石薄膜化学沉积上的应用[J];光电子.激光;2000年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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
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
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978