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纳米V_8C_7粉末的结构、性能和应用研究

颜练武  
【摘要】: 在超细硬质合金制备中,V_8C_7是最有效的晶粒长大抑制剂,以纳米V_8C_7粉末代替目前使用的微米V_8C_7粉末有利于制备晶粒细小、组织结构均匀的超细合金,从而使合金具有更高的力学性能。本文通过对纳米V_8C_7粉末的制备及在超细硬质合金中的应用、V_8C_7粉末制备过程中出现的V_8C_7→δ-VC_(1-X)相变、粉末的性能进行系统研究,主要研究内容和结果如下: 1.改变传统碳热反应中碳的添加方式,首次采用“V_2O_5溶解于有机酸溶液→喷雾干燥→1100℃真空碳化”方法制备了纳米V_8C_7粉末。由于有机酸溶液除了使V_2O_5粉末溶解并使其还原成V_2O_3外,还可提供碳源,使V_2O_3与C在真空碳化时达到分子级别均匀混合,缩短反应扩散路程,从而降低了碳化温度,避免晶粒长大。克服了传统碳热法中碳化温度高、粉末粒度粗的缺点。 2.采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、差热分析等对制备纳米V_8C_7粉末过程中的物相和形貌变化进行观察与分析。前驱体粉末真空碳化时,温度由室温升高到1300℃生成的产物分别为:V_2O_3→VC_(1-X)→V_8C_7→δ-VC_(1-X)。 3.通过对δ-VC_(1-X)和V_8C_7结构振幅的计算,得到δ-VC_(1-X)和V_8C_7的X衍射消光规律。解释了在V_8C_7→δ-VC_(1-X)相变中,由于空位在晶格中分布的变化引起x射线超结构衍射峰的消失;测量得到V_8C_7有序-无序相变温度,由V_8C_7有序-无序相变过程中自由能与温度和有序度的函数关系,计算得到V_8C_7→δ-VC_(1-X)相变时有序度由0.23突变为0。 4.对不同碳含量有序态的碳化钒晶格常数进行了测定,由晶格常数和有序度的函数关系,得到VC_(0.802)、VC_(0.833)、VC_(0.865)以V_8C_7结构存在的最大有序度及在最大有序度时的晶格常数。 5.首次采用双臂电桥法测量不同碳含量和相结构碳化钒的电阻,结果表明随着无序态碳化钒中碳含量的增加,晶格中空位浓度减小,对电子的散射减小,其电阻率降低。在相同碳含量下,有序相由于其空位的有序分布,电子易于运动,其电阻率低于无序相。 6.在12%Co超细硬质合金中,与微米级的碳化钒粉末相比,纳米碳化钒有效抑制WC晶粒长大,合金晶粒细小、组织结构均匀、烧结温度降低30℃,抗弯强度提高7-8%.


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