Ti(C，N)基金屬陶瓷的界面價電子結構與性能研究.pdf

1、本文首先應用EET理論系統(tǒng)研究了添加不同碳化物時金屬陶瓷陶瓷相的價電子結構以及(Ti,Me)(C,N)/Ni(Co、α-Fe、Fe3Al、FeAl、NiAl)金屬陶瓷體系的界面價電子結構，分析了界面價電子結構參數(shù)與金屬陶瓷力學性能之間的關系。在計算的基礎上運用液相燒結技術制備了納米改性Ti(C，N)基金屬陶瓷材料，分析了Ti(C，N)基金屬陶瓷的組織、力學性能及熱沖擊性能。主要內(nèi)容如下：
　　 首先，介紹了Ti(C，N)基金屬陶

2、瓷的發(fā)展、制備方法以及成分對組織和力學性能的影響。指出了EET理論的基本原理、研究進展以及應用情況。
　　 其次，運用EET理論和BLD法研究了添加不同碳化物(Mo2C、WC、NbC、TaC、Cr3C2、VC)對金屬陶瓷的陶瓷相價電子結構的影響，分析了價電子結構參數(shù)(nA)與金屬陶瓷材料潤濕性(θ)以及力學性能(硬度、強韌性)之間的關系。在此基礎上計算了(Ti,Me)(C,N)/Ni(Co、α-Fe、Fe3Al、FeAI、NiA

3、l)金屬陶瓷體系的界面價電子結構(最強鍵共價電子數(shù)(nA)，晶面電子密度(ρ)和界面價電子密度差(△ρ))。研究表明：(1)與WC、NbC、TaC、Cr3C2、VC等碳化物相比，(Ti,Mo)(C,N)/Ni體系界面價電子密度連續(xù)性較好；實驗證明，Mo2C對Ni/Ti(C，N)金屬/陶瓷材料的潤濕性的改善作用最為明顯。當碳化物添加量為10wt.％時，不同碳化物對潤濕性改善程度依次為：Mo2C＞TaC＞W(wǎng)C＞VC＞NbC。(2)(Ti,M

4、e)(C,N)(110)/Ni(Co)(110)體系的界面價電子密度差(△ρ)小于10％，即界面價電子連續(xù)性好，界面結構穩(wěn)定；總體來說，金屬及金屬間化合物對異相界面價電子密度差的影響順序為(由強到弱)：Ni(Co)＞FeAl＞α-Fe＞Fe3Al＞NiAl。(3)綜合研究了價電子結構、界面價電子結構與材料強韌性之間的關系，指出采取原位復合制備工藝控制界面結合時，應該盡量在復合材料中存在更多的(110)Ni/(110)C、(110)Co/

5、(110)C等界面，這樣使Ti(C，N)基金屬陶瓷復合材料具有更優(yōu)異的綜合力學性能。
　　 接下來在基于界面價電子結構計算的基礎上，制備了納米改性Ti(C，N)基金屬陶瓷材料樣品，研究了其組織、力學性能及抗熱沖擊性能。結果表明：(1)XRD與SEM分析表明，(Ti,Mo,W)(C,N)-Ni-Co金屬陶瓷組織仍為兩相結構(陶瓷相+金屬相)，其中較粗大的陶瓷相顆粒呈明顯的芯/殼(core/rim)結構。(2)隨著金屬相含量的增加(

6、Ti,Mo,W)(C,N)-Ni-Co金屬陶瓷的組織更加均勻；而隨著Mo含量的增加，金屬陶瓷的組織存在著變細的趨勢。研究表明，(Ti,Mo,W)(C,N)-Ni-Co金屬陶瓷具有優(yōu)良的力學性能，其硬度值(HRA)達到91.5以上，抗彎強度達到1350MPa以上。(3)就材料的硬度而言，實驗結果與價電子結構計算結果是相符的；(4)高溫熱沖擊實驗表明：和普通的金屬陶瓷相比，納米改性金屬陶瓷的抗熱沖擊性能較好；隨著熱沖擊循環(huán)次數(shù)的增加，試樣表