AlN顆粒增強(qiáng)鉬基復(fù)合材料的制備及其結(jié)構(gòu)與性能的研究.pdf

1、鉬合金是一種常用的發(fā)動(dòng)機(jī)用高溫合金，在航空、航天領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用。但隨著輕量化要求的不斷提高，鉬合金的減重在某些裝備上已成為一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。利用陶瓷顆粒增強(qiáng)是解決上述問(wèn)題的有效技術(shù)途徑之一。通過(guò)復(fù)合化，在復(fù)合材料中陶瓷組分可以保持或部分改善鉬合金的耐高溫性能，同時(shí)在一定程度上降低合金的體密度。
　　本論文以AlN陶瓷顆粒為增強(qiáng)相，利用粉末冶金法對(duì)AlN/Mo復(fù)合材料的制備進(jìn)行了研究。通過(guò)對(duì)燒結(jié)溫度、燒結(jié)壓力、保溫時(shí)間等工

2、藝參數(shù)的調(diào)整和燒結(jié)過(guò)程中材料物相分析，研究了體系的高溫化學(xué)穩(wěn)定性和致密化機(jī)制；研究了燒結(jié)工藝、原料組分與材料結(jié)構(gòu)及性能之間的關(guān)系，為材料制備工藝與組分的優(yōu)化提供了基礎(chǔ)。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，AlN/Mo體系具有較好的高溫化學(xué)穩(wěn)定性，在1900℃及以下的高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中，沒(méi)有明顯的第二相生成；且二相界面結(jié)合良好。
　　在1750℃及以上的SPS燒結(jié)溫度條件下，體系的致密化表現(xiàn)出壓力越大致密化進(jìn)程越快，且原料晶?？杀３譄o(wú)明顯的變化；

3、表現(xiàn)出明顯的塑性變形為主的致密化機(jī)制。在無(wú)壓氣氛燒結(jié)的條件下，AlN/Mo體系在1900℃的燒結(jié)溫度下才可致密化，晶粒有明顯長(zhǎng)大；表現(xiàn)出擴(kuò)散控制為主的致密化行為。
　　當(dāng)AlN/Mo體積比為1：1時(shí)，復(fù)合材料的SPS燒結(jié)材料的彎曲強(qiáng)度、熱導(dǎo)性能等均隨著燒結(jié)溫度、燒結(jié)壓力及保溫時(shí)間的增加而有所提升，與相對(duì)致密度的變化規(guī)律基本一致。當(dāng)致密度為約99％時(shí)，復(fù)合材料的硬度可達(dá)620HV左右，抗彎強(qiáng)度為601Mpa，常溫下熱導(dǎo)率能達(dá)到90

4、W/K·m以上。與純鉬合金樣品相比，在硬度明顯增加的同時(shí)，彎曲強(qiáng)度和熱導(dǎo)性能基本相當(dāng)。采用氣氛燒結(jié)的AlN/Mo復(fù)合材料，在1900℃，2h燒結(jié)樣品具有最高的硬度（590HV）和彎曲強(qiáng)度（517MPa）,進(jìn)一步延長(zhǎng)保溫時(shí)間，材料性能出現(xiàn)劣化。這可能是由于晶粒過(guò)分長(zhǎng)大導(dǎo)致的。
　　利用透射電鏡對(duì)樣品進(jìn)行高分辨分析時(shí)發(fā)現(xiàn)有 AlN晶粒中出現(xiàn)了部分細(xì)小的金屬M(fèi)o晶粒以晶內(nèi)晶的形式存在。我們推測(cè)可能是由于在高溫下部分Mo固溶進(jìn)入 AlN并

5、在低溫下析出。這種動(dòng)力學(xué)過(guò)程也可較好地解釋復(fù)合材料中兩相界面較好的結(jié)合狀態(tài)。這種結(jié)構(gòu)可能對(duì)材料的熱導(dǎo)也存在一定的影響。。
　　在對(duì)樣品原料組分進(jìn)行調(diào)整的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，隨著體系中 AlN相對(duì)體積的增加，體系燒結(jié)的致密化行為變得困難。在AlN/Mo體積比為1:2時(shí)，與純鉬合金樣品相比復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度（760MPa），硬度（540HV）均有較大的提升，體密度降低約30%，同時(shí)熱導(dǎo)率值（97W/K·m）基本保持不變。進(jìn)一步提高 AlN的體