碳化硼粉体增强铁基复合材料的制备工艺与性能研究
本文关键词：碳化硼粉体增强铁基复合材料的制备工艺与性能研究 出处：《郑州大学》2017年硕士论文 论文类型：学位论文
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【摘要】：铁基复合材料具有广泛的应用背景和应用前景。碳化硼陶瓷符合现代材料轻质高强的要求,具有良好的耐磨、耐化学腐蚀性以及优异的应用潜力。使用碳化硼增强铁基材料,可以获得综合性能优异、价格低廉的复合材料。本文分别以无压烧结工艺和热压烧结工艺成功制备了B_4C/Fe复合材料,探索了不同制备成型工艺下复合材料材料的组分、结构和性能的关系。借助综合热分析仪(DSC-TG)为本实验制定了制备成型工艺;通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)表征了材料的物相、微观结构;采用高精度固液两用体密计、维氏硬度计、万能试验机获得了复合材料的致密度和力学性能;通过激光热导仪和热膨胀仪获得了材料的热扩散系数和线膨胀系数。研究结果表明:(1)采用无压烧结制备的B_4C/Fe复合材料:随着B_4C含量的增加,显气孔率逐渐降低,当烧结温度为900℃时,复合材料显气孔率达到最小值,为16.45%;而B_4C/Fe复合材料的硬度随着B_4C含量的增加而逐渐升高,当B_4C含量为10wt%,烧结温度为1000℃时,硬度达到最大值,为1.09 GPa;B_4C/Fe复合材料的抗弯强度在B_4C含量为2 wt%和烧结温度为800℃时取得了最佳值,为172.8MPa;复合材料的热扩散系数随着B_4C含量的上升而下降,当B_4C含量为2 wt%,烧结温度为800℃时,热扩散达到最大值,其最大值为11.31 mm2/s。(2)采用热压制备的B_4C/Fe复合材料:随着烧结温度的增加,显气孔率逐渐降低,当烧结温度为1100℃和B_4C含量为2wt%时,复合材料显气孔率达到最小值,为0.53%;而B_4C/Fe复合材料的硬度随着B_4C含量的增加而逐渐升高,当B_4C含量为10 wt%,烧结温度为1000℃时,硬度达到最大值,为5.64 GPa;B_4C/Fe复合材料的抗弯强度在碳化硼含量为2 wt%和烧结温度为900℃时取得了最佳值,为603.4 MPa;复合材料的热扩散系数随着B_4C含量的上升而下降,当B_4C含量为2 wt%,烧结温度为800℃时,复合材料的热扩散系数达到最大值,其最大值为12.38 mm2/s。(3)无压工艺下制备的复合材料的显气孔率整体较高,未完成致密化过程,其显气孔率明显高于同种烧结制度下热压工艺制备的样品,且无压工艺下B_4C的分解程度更高,导致无压工艺制备的复合材料的性能整体较差于同种烧结制度下热压工艺下制备的复合材料。在烧结温度为1000℃时,热压工艺制备的碳化硼含量为4 wt%的碳化硼/铁复合材料具有优异的综合性能,其硬度、抗弯强度、显气孔率、热扩散系数和热膨胀系数(100~700℃均值)的值分别为3.61 GPa、328.3 MPa、4.63%、9.80 mm2/s和1.42*10-5/K。相较于无压工艺,热压工艺更适合陶瓷增强铁基复合材料的固相烧结。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB332
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，本文编号：1333135
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