振荡压力烧结W-Cu难熔合金的微观组织及性能研究
发布时间：2021-07-27 02:06
W-Cu难熔合金具有高耐热性、高导电性和抗电弧、抗磨损等性能,常用于军事上电磁炮导轨、高压电触头、电子封装材料和航空陀螺转子材料使用,W-Cu难熔合金具有广泛的应用领域。目前常用的烧结技术和工艺由于存在烧结缺陷和技术限制,不利于W-Cu难熔合金微观结构和性能的进一步优化。因此,开发新的烧结技术在较低温度下获得高致密度、细晶、组织均匀的W-Cu难熔合金具有很重要的现实意义。本文首先以高纯W粉和Cu粉为原料,通过高能球磨机球磨混合分散配制出了90W-10Cu合金体,其粉体粒径在4μm以下;其次通过热压烧结与振荡压力烧结工艺之间的对比,研究了W-Cu难熔合金烧结过程中的晶粒生长活化能、烧结工艺与微观组织及性能的关系,且对振荡压力烧结机理进行了分析。振荡压力烧结工艺的影响要素有烧结温度、烧结时间、压力中值、振幅、频率等,本文主要研究了烧结温度和烧结时间对其的影响。不同烧结温度下制备的W-Cu难熔合金,振荡压力烧结工艺在振荡压力为30±5MPa,频率为1Hz,保温时间为1h,烧结温度为1080℃时,样品致密度、硬度、电导率分别为99.38%、163.8HV、12.9%IACS;不同烧结时间下制备...
【文章来源】：郑州航空工业管理学院河南省
【文章页数】：53 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
熔渗W-Cu合金显微组织
1绪论6能快速烧结致密。ZHANGQiaoxin等人[26]的研究表明，经SPS制备的W-15Cu合金在1300℃时相对密度达到最大值（如表1.6所示），虽然SPS制备的W-Cu合金具有较高的相对密度、硬度等性能，但其样品尺寸较小，应用受到限制。表1.6SPS制备W-15Cu材料的性能Relativedensity/%Hardness/HRCThermalconductivity/(W/mK)Transverserupturestrength/MPa99.6045.21961400.9然而采用这些方法难熔材料易于产生膨胀，难以实现理论上的完全致密化；并且较高的烧结温度和较长的烧结时间往往会造成晶粒的异常长大，降低了性能，增加了能耗，成为其广泛应用的瓶颈[20]。鉴于此，近年来新型振荡压力烧结（OscillatoryPressureSintering，OPS）[45-46]技术被提出并应用到高性能材料的制备及优化中，因此本文选择采用新型振荡压力烧结技术制备W-Cu难熔合金。1.4新型振荡压力烧结技术1.4.1技术原理及介绍振荡压力烧结是一种在传统热压烧结基础上，避免传统热压静态压力的局限性，采用动态压力设计，在烧结过程中辅助施加振幅与频率可控的振荡压力，从而提供较高的烧结驱动力，抑制了高温下晶粒的快速生长，并通过动态压力可有效促进粉体晶粒重排、消除晶粒团聚从而促进闭气孔排出，提高粉体堆积密度，促进材料的致密化，是获得高致密度、细晶粒、高强度材料的新型烧结技术。其采用的设备原理，如图1.2所示[47]。相比于上述其他烧结技术，振荡压力烧结是在热场和力场辅助下的新型烧结技术，其设备操作简便、可控性好，而且材料体系适用面广，具有抑制晶粒长大、烧结致密程度高、烧结温度低等优点。图1.2振荡压力烧结原理图
1绪论71.4.2研究现状及不足清华大学的谢志鹏等人较先采用这种振荡压力烧结方法，制备了高致密度、细晶粒、高强度和高可靠性的氧化锆、氧化铝、碳化硅高性能陶瓷，谢志鹏等人的研究结果[48-49]显示OPS技术可以被应用到多种陶瓷材料的制备中，使得这些材料的平均晶粒尺寸大幅减小；而体积密度则提高到超过98%，晶粒没有明显的增长，极大地促进陶瓷材料的烧结效果和抑制晶粒生长，如图1.3所示。这些结果表明新型振荡压力烧结技术可以解决烧结过程中晶粒异常长大和难以完全致密化的问题。图1.3PS、HP、OPS工艺烧结粒度/相对密度轨迹然而目前国内外对采用振荡压力烧结W-Cu难熔合金方面的研究还处于刚刚起步阶段，还没有相关的研究报道，并且还存在许多相关科学问题亟需解决，从而发展这种新型有效的烧结技术和丰富完善传统的烧结理论。鉴于此，本文将从振荡压力烧结W-Cu难熔合金的微观组织和性能关系入手，针对难熔合金难以烧结（难以致密化、晶粒异常长大）的基本科学问题，以高比重W-Cu难熔合金为研究对象，开展实验与理论相结合的研究，发展制备难熔合金的新方法。通过本文的研究不仅能更加清晰地认识W-Cu难熔合金在OPS中的传质机制，丰富传统烧结理论，对其他难熔合金的OPS研究提供借鉴意义，还可以促进难熔合金烧结工艺的进步，推动难熔合金的广泛应用。1.4.3影响因素与常规烧结过程不同，影响难熔钨合金振荡烧结程度的因素较多，主要包括本征内因和外因。内因主要是晶体的结构。一般情况下，键强的物质（晶体）具有较高的晶格能量，晶格结构稳固；即使在较高温度下，质点的振动迁移能力也
本文编号：3304846
【文章来源】：郑州航空工业管理学院河南省
【文章页数】：53 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
熔渗W-Cu合金显微组织
1绪论6能快速烧结致密。ZHANGQiaoxin等人[26]的研究表明，经SPS制备的W-15Cu合金在1300℃时相对密度达到最大值（如表1.6所示），虽然SPS制备的W-Cu合金具有较高的相对密度、硬度等性能，但其样品尺寸较小，应用受到限制。表1.6SPS制备W-15Cu材料的性能Relativedensity/%Hardness/HRCThermalconductivity/(W/mK)Transverserupturestrength/MPa99.6045.21961400.9然而采用这些方法难熔材料易于产生膨胀，难以实现理论上的完全致密化；并且较高的烧结温度和较长的烧结时间往往会造成晶粒的异常长大，降低了性能，增加了能耗，成为其广泛应用的瓶颈[20]。鉴于此，近年来新型振荡压力烧结（OscillatoryPressureSintering，OPS）[45-46]技术被提出并应用到高性能材料的制备及优化中，因此本文选择采用新型振荡压力烧结技术制备W-Cu难熔合金。1.4新型振荡压力烧结技术1.4.1技术原理及介绍振荡压力烧结是一种在传统热压烧结基础上，避免传统热压静态压力的局限性，采用动态压力设计，在烧结过程中辅助施加振幅与频率可控的振荡压力，从而提供较高的烧结驱动力，抑制了高温下晶粒的快速生长，并通过动态压力可有效促进粉体晶粒重排、消除晶粒团聚从而促进闭气孔排出，提高粉体堆积密度，促进材料的致密化，是获得高致密度、细晶粒、高强度材料的新型烧结技术。其采用的设备原理，如图1.2所示[47]。相比于上述其他烧结技术，振荡压力烧结是在热场和力场辅助下的新型烧结技术，其设备操作简便、可控性好，而且材料体系适用面广，具有抑制晶粒长大、烧结致密程度高、烧结温度低等优点。图1.2振荡压力烧结原理图
1绪论71.4.2研究现状及不足清华大学的谢志鹏等人较先采用这种振荡压力烧结方法，制备了高致密度、细晶粒、高强度和高可靠性的氧化锆、氧化铝、碳化硅高性能陶瓷，谢志鹏等人的研究结果[48-49]显示OPS技术可以被应用到多种陶瓷材料的制备中，使得这些材料的平均晶粒尺寸大幅减小；而体积密度则提高到超过98%，晶粒没有明显的增长，极大地促进陶瓷材料的烧结效果和抑制晶粒生长，如图1.3所示。这些结果表明新型振荡压力烧结技术可以解决烧结过程中晶粒异常长大和难以完全致密化的问题。图1.3PS、HP、OPS工艺烧结粒度/相对密度轨迹然而目前国内外对采用振荡压力烧结W-Cu难熔合金方面的研究还处于刚刚起步阶段，还没有相关的研究报道，并且还存在许多相关科学问题亟需解决，从而发展这种新型有效的烧结技术和丰富完善传统的烧结理论。鉴于此，本文将从振荡压力烧结W-Cu难熔合金的微观组织和性能关系入手，针对难熔合金难以烧结（难以致密化、晶粒异常长大）的基本科学问题，以高比重W-Cu难熔合金为研究对象，开展实验与理论相结合的研究，发展制备难熔合金的新方法。通过本文的研究不仅能更加清晰地认识W-Cu难熔合金在OPS中的传质机制，丰富传统烧结理论，对其他难熔合金的OPS研究提供借鉴意义，还可以促进难熔合金烧结工艺的进步，推动难熔合金的广泛应用。1.4.3影响因素与常规烧结过程不同，影响难熔钨合金振荡烧结程度的因素较多，主要包括本征内因和外因。内因主要是晶体的结构。一般情况下，键强的物质（晶体）具有较高的晶格能量，晶格结构稳固；即使在较高温度下，质点的振动迁移能力也
本文编号：3304846
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