高熵化合物与硼化物复合烧结及微观组织与性能研究
发布时间：2021-07-29 13:09
IV-VI族金属碳化物、硼化物属于超高温材料,具有高硬度、高强度、高耐磨性、良好的热性能以及高温力学性能。但是由于强共价键的特性,使其缺少滑移系进行塑性变形,造成韧性较低;强共价键还使原子扩散系数低,难烧结。韧性低、烧结温度高限制了这类材料的应用。为解决这两个问题,本课题选择非化学计量比的TiNx/TiCx与碳化物、硼化物复合烧结,利用N/C空位促进物质中原子间的扩散,降低复合烧结体的烧结温度,得到致密化的样品。本文通过TiN0.3/TiC0.4与ZrB2的分层和等体积烧结探究了N/C空位对ZrB2的扩散以及烧结性能的影响。实验结果表明在较低温度下扩散界面均存在一定厚度的扩散层,说明空位的存在促进扩散,降低了烧结温度。通过对烧结体进行性能测试,发现TiN0.3-ZrB2和TiC0.4-ZrB2烧结体分别在1700℃和1600℃时性能最好。高熵材料在热力学上更加稳定,尤其...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
二硼化物的晶体结构示意图(M为Zr、Ti)
第 1 章 绪 论下 B2O3作为玻璃相存在于多孔的 ZrO2内部及其表面，氧气需要穿过玻璃相 B2O3和ZrO2才能到达基体表面，所以在低温抗氧化中 B2O3和 ZrO2起到了良好的保护作用，使 ZrB2不会更深层的氧化。当超过 B2O3的熔化温度时，B2O3逐渐蒸发，温度上升，B2O3的蒸发速率增加，温度为 1000 ℃-1800 ℃时，B2O3只有少部分存在于与基体表面接触的多孔ZrO2中，O2与基体接触发生反应只需要穿过多孔的ZrO2到达B2O3，并溶解到里面。温度大于 1800 ℃时基体表面只剩下多孔结构的金属氧化物，O2十分容易与 ZrB2接触并发生反应。
多相再到单相的转变。据我们所知，这类熵稳定氧化物及其衍生物是迄今为止报道的最早的高熵陶瓷。2016 年，Joshua Gild 等人[32]成功制备出了高熵硼化物((Hf0.2Zr0.2Ta0.2Nb0.2Ti0.2)B2、(Hf0.2Zr0.2Ta0.2Mo0.2Ti0.2)B2、 (Hf0.2Zr0.2Mo0.2Nb0.2Ti0.2)B等），一系列的高熵硼化物是单相的六方 AlB2结构。但是，含有 W 和 Mo 的硼化物同时加入的时候，会有第二相的存在。2018 年 Zhou 等人[33]成功制备出单相均匀的高熵碳化物(Hf-Ta-Zr-Nb)C，同样当组元中有 WC、Mo2C 两个六方相化合物同时存在时，过渡金属化合物不能形成单相的高熵化合物。随后，Mayrhofer 等人[34]制备出 Zr0.23Ti0.20Hf0.19V0.14Ta0.24B2。Peng 等人利用非化学计量比的 TiN0.3与过渡族金属碳化物制备出四元、五元、六元以及七元 TiN0.3-VC-NbC-TiC-TaC-Mo2C-WC 单相固溶体，具有优异的力学、热学以及电学性能。TiN0.3的存在促进烧结。Joshua Gild 等人对制备出的高熵硼化物进行分析表明，对于所研究的多组元化合物中各金属元素在金属亚晶格的原子层之间没有明显的有序或偏析，表明不同金属原子的占位是随机的，高熵硼化物具有和二硼化物一样的层状六方晶体结构，刚性二维硼化物层与金属阳离子层交替出现，图 1-3 是高熵硼化物晶体结构示意图。M4M5
【参考文献】：
期刊论文
[1]超高温陶瓷基复合材料制备与性能的研究进展[J]. 齐方方,王子钦,李庆刚,王志,史国普,吴俊彦,李金凯. 济南大学学报(自然科学版). 2019(01)
[2]连续纤维增强陶瓷基复合材料微观力学研究进展[J]. 刘海韬,杨玲伟,韩爽. 无机材料学报. 2018(07)
[3]硼化物超高温陶瓷的研究进展[J]. 彭易发,李争显,陈云飞,饶志强,邢开源,耿娟娟. 陶瓷学报. 2018(02)
[4]粉体合成工艺对TiB2–TiC复相陶瓷微观组织及力学性能的影响[J]. 张宇,郭英奎,张馨予,赵彦伟,姚绵懿,王玉金. 硅酸盐学报. 2017(12)
[5]碳化钽陶瓷材料制备方法的研究进展[J]. 爨炳辰,谢征芳. 陶瓷. 2017(04)
[6]ZrB2陶瓷制备研究进展[J]. 周庭,谢征芳. 化工进展. 2013(10)
[7]SPS烧结制备TiB2/TiC复合材料[J]. 马志强,纪引虎,王连军. 无机材料学报. 2012(09)
[8]非化学计量化合物与过渡族金属碳化物、氮化物研究进展[J]. 颜练武,吴恩熙,黄伯云. 硬质合金. 2008(04)
[9]硬质材料中调幅分解的研究展望[J]. 荣春兰,刘宁,章晓波,周军,卢茂华. 硬质合金. 2006(01)
[10]二硼化钛电子结构的量子化学计算[J]. 王皓,闵新民,王为民,傅正义,袁润章. 中国有色金属学报. 2002(06)
博士论文
[1]MA制备非化学计量比TiCx和TiNx及其烧结特性的研究[D]. 孙金峰.燕山大学 2010
硕士论文
[1]TiN0.3对多元过渡金属共价键化合物烧结过程的影响[D]. 杨倩.燕山大学 2015
[2]非化学计量比TiNx的制备及相稳定性研究[D]. 石青娟.燕山大学 2010
本文编号：3309382
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
二硼化物的晶体结构示意图(M为Zr、Ti)
第 1 章 绪 论下 B2O3作为玻璃相存在于多孔的 ZrO2内部及其表面，氧气需要穿过玻璃相 B2O3和ZrO2才能到达基体表面，所以在低温抗氧化中 B2O3和 ZrO2起到了良好的保护作用，使 ZrB2不会更深层的氧化。当超过 B2O3的熔化温度时，B2O3逐渐蒸发，温度上升，B2O3的蒸发速率增加，温度为 1000 ℃-1800 ℃时，B2O3只有少部分存在于与基体表面接触的多孔ZrO2中，O2与基体接触发生反应只需要穿过多孔的ZrO2到达B2O3，并溶解到里面。温度大于 1800 ℃时基体表面只剩下多孔结构的金属氧化物，O2十分容易与 ZrB2接触并发生反应。
多相再到单相的转变。据我们所知，这类熵稳定氧化物及其衍生物是迄今为止报道的最早的高熵陶瓷。2016 年，Joshua Gild 等人[32]成功制备出了高熵硼化物((Hf0.2Zr0.2Ta0.2Nb0.2Ti0.2)B2、(Hf0.2Zr0.2Ta0.2Mo0.2Ti0.2)B2、 (Hf0.2Zr0.2Mo0.2Nb0.2Ti0.2)B等），一系列的高熵硼化物是单相的六方 AlB2结构。但是，含有 W 和 Mo 的硼化物同时加入的时候，会有第二相的存在。2018 年 Zhou 等人[33]成功制备出单相均匀的高熵碳化物(Hf-Ta-Zr-Nb)C，同样当组元中有 WC、Mo2C 两个六方相化合物同时存在时，过渡金属化合物不能形成单相的高熵化合物。随后，Mayrhofer 等人[34]制备出 Zr0.23Ti0.20Hf0.19V0.14Ta0.24B2。Peng 等人利用非化学计量比的 TiN0.3与过渡族金属碳化物制备出四元、五元、六元以及七元 TiN0.3-VC-NbC-TiC-TaC-Mo2C-WC 单相固溶体，具有优异的力学、热学以及电学性能。TiN0.3的存在促进烧结。Joshua Gild 等人对制备出的高熵硼化物进行分析表明，对于所研究的多组元化合物中各金属元素在金属亚晶格的原子层之间没有明显的有序或偏析，表明不同金属原子的占位是随机的，高熵硼化物具有和二硼化物一样的层状六方晶体结构，刚性二维硼化物层与金属阳离子层交替出现，图 1-3 是高熵硼化物晶体结构示意图。M4M5
【参考文献】：
期刊论文
[1]超高温陶瓷基复合材料制备与性能的研究进展[J]. 齐方方,王子钦,李庆刚,王志,史国普,吴俊彦,李金凯. 济南大学学报(自然科学版). 2019(01)
[2]连续纤维增强陶瓷基复合材料微观力学研究进展[J]. 刘海韬,杨玲伟,韩爽. 无机材料学报. 2018(07)
[3]硼化物超高温陶瓷的研究进展[J]. 彭易发,李争显,陈云飞,饶志强,邢开源,耿娟娟. 陶瓷学报. 2018(02)
[4]粉体合成工艺对TiB2–TiC复相陶瓷微观组织及力学性能的影响[J]. 张宇,郭英奎,张馨予,赵彦伟,姚绵懿,王玉金. 硅酸盐学报. 2017(12)
[5]碳化钽陶瓷材料制备方法的研究进展[J]. 爨炳辰,谢征芳. 陶瓷. 2017(04)
[6]ZrB2陶瓷制备研究进展[J]. 周庭,谢征芳. 化工进展. 2013(10)
[7]SPS烧结制备TiB2/TiC复合材料[J]. 马志强,纪引虎,王连军. 无机材料学报. 2012(09)
[8]非化学计量化合物与过渡族金属碳化物、氮化物研究进展[J]. 颜练武,吴恩熙,黄伯云. 硬质合金. 2008(04)
[9]硬质材料中调幅分解的研究展望[J]. 荣春兰,刘宁,章晓波,周军,卢茂华. 硬质合金. 2006(01)
[10]二硼化钛电子结构的量子化学计算[J]. 王皓,闵新民,王为民,傅正义,袁润章. 中国有色金属学报. 2002(06)
博士论文
[1]MA制备非化学计量比TiCx和TiNx及其烧结特性的研究[D]. 孙金峰.燕山大学 2010
硕士论文
[1]TiN0.3对多元过渡金属共价键化合物烧结过程的影响[D]. 杨倩.燕山大学 2015
[2]非化学计量比TiNx的制备及相稳定性研究[D]. 石青娟.燕山大学 2010
本文编号：3309382
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