论文部分内容阅读
WC-Ni金属陶瓷具有成本低、抗氧化和耐腐蚀性能好等特点，但其抗弯强度和硬度相对于使用传统烧结方法制备的具有相同金属粘结剂含量的WC-Co金属陶瓷的低。目前，解决此问题的方法之一是通过使用快速烧结方法，或添加WC晶粒生长抑制剂的方法制备亚微米、近纳米，甚至纳米WC-Ni金属陶瓷；此外，还可以添加强度/硬度高的第二相材料，直接提高WC-Ni金属陶瓷的强度/硬度。放电等离子烧结（SPS）具有烧结升温速率快、烧结温度低等特点，可以有效抑制晶粒在烧结过程中的长大，是一种制备高性能陶瓷材料的有效方法。论文综合采用放电等离子烧结方法以及添加VC和TaC作为WC晶粒生长抑制剂，成功制备了超细WC-Ni金属陶瓷，并使用X-射线衍射物相分析（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）研究了所制备材料的微观结构，同时研究了材料的抗弯强度和维氏硬度等力学性能。（1）研究了镍含量对WC-(6-10wt%)Ni金属陶瓷结构和力学性能的影响。X射线衍射物相分析结果表明材料中只存在WC相和Ni相。通过对样品抛光面腐蚀形貌的SEM分析，计算出所制备WC-(6-10wt%)Ni金属陶瓷的WC平均晶粒为330nm；材料中存在大量微孔，但抗弯强度分析测试结果表明这些微孔对材料的强度没有明显的影响；材料的相对密度均大于92%；对材料断口形貌的SEM分析结果表明材料的断裂主要发生在金属粘结相，属WC晶粒的沿晶断裂；所制备的WC-Ni金属陶瓷的粘结相平均自由程约22nm。材料的硬度随金属粘结相Ni的增加而降低，且最大值为2400HV，最小值为1850HV；抗弯强度随金属粘结相Ni含量的增加而增加，且最大值为2100MPa，最小值为1600MPa。（2）为了改善WC-Ni金属陶瓷的结构和提高其硬度，在制备的超细WC-Ni金属陶瓷的基础上添加了立方氮化硼（cBN），制备了WC-8wt%N-cBN金属陶瓷，并研究了cBN含量对WC-8wt%Ni金属陶瓷结构和性能的影响。X射线衍射分析结果表明材料中只存在WC相，Ni相和cBN相，证明在烧结过程中没有发生cBN的相转变；WC平均晶粒为320nm，且随cBN含量的增加而减小；材料中存在大量微孔，且随cBN含量的增加微孔的大小和数量逐渐减小，材料的相对密度逐渐升高，相对密度最大值达98%；所制备的WC-8wt%Ni-cBN金属陶瓷的粘结相的平均自由程只有22nm；材料的硬度随cBN含量的增加而增加，且均高于WC-8wt%Ni金属陶瓷的硬度，其最大值为3200HV，最小值为2100HV；抗弯强度随cBN含量的增加而降低，且均低于WC-8wt%Ni金属陶瓷的强度，其最大值为1950MPa，最小值为1250MPa。（3）为了改善WC-Ni金属陶瓷的结构和提高其硬度/强度，在制备的超细WC-Ni金属陶瓷的基础上添加了碳化硅晶须（SiCw），制备了WC-8wt%N-SiCw金属陶瓷，并研究了SiCw含量对WC-8wt%Ni金属陶瓷结构和性能的影响。X射线衍射分析结果表明材料中只存在WC相和Ni相，没有发现SiC相；WC平均晶粒约为300nm，且随SiCw含量的增加而减小；材料中没有发现明显的微孔，所制备的WC-8wt%Ni-SiCw金属陶瓷的粘结相的平均自由程约20nm；材料的硬度随SiCw含量的增加而降低，且当SiCw质量分数为0.75%、1.5%和2.25%时，所制备材料的硬度均大于WC-8wt%Ni金属陶瓷的硬度，其最大值为2550HV，最小值为2150HV；所制备材料的抗弯强度亦随SiCw含量的增加而降低，且均低于WC-8wt%Ni金属陶瓷的强度，其最大值为1600MPa，当SiCw的质量分数达到和超过3.00%时，材料的抗弯强度趋于稳定，此时抗弯强度值约为1000MPa。