添加微量ZrC对钨材料组织演变和性能的影响

为了批量化制备面向等离子体用高性能钨材料,在钨中添加少量ZrC第二相粒子提高钨的性能,系统的研究了W-ZrC材料在1150 - 2000°C常压氢气气氛烧结下的致密化行为、晶粒和第二相颗粒的长大行为,并在优化工艺下研究了ZrC含量对材料的性能和组织的影响。 结果表明,W-ZrC复合粉末在1300°C开始形成非常细小钨晶粒, 晶粒在1600°C之前增长速率很大,在1600°C之后速率变缓。在优化的烧结工艺下,W-ZrC材料的相对密度和拉伸强度最高可达到99.6%和460 MPa。ZrC以粒径为0.1-2μm粒子均匀分散在W基体的晶界和晶粒内部。ZrC可以有效地阻碍W晶界的迁移,有效的将钨的晶粒由100μm细化至30μm左右。ZrC改变了钨材料的断裂模式,并提高强度和韧性。     

烧结温度对W-40vol.%ZrC性能与组织的影响

采用放电等离子烧结(spark plasma sintering, SPS)和常压氢气烧结制备了W-40vol%ZrC的复合材料,研究了烧结温度对其密度、力学性能和微观组织的影响。结果表明,采用SPS烧结能在低于常压氢气烧结200℃下,实现W-40vol%ZrC的高相对密度、高强度和细晶组织。采用SPS烧结在1600℃时的相对密度、硬度和抗弯强度分别达到98.56%、HRA 78.1和501 MPa,W和ZrC的平均晶粒度分别为3和1.5μm;而采用常压氢气烧结在1860℃烧结时达到最优值,其相对密度、硬度和抗弯强度达到98.95%、HRA 77.3和726 MPa,W和ZrC的平均晶粒度分别为10和4.5μm。微观组织分析显示SPS烧结较常压氢气烧结制备W-40vol%ZrC的ZrC相分布更加均匀细小,其能减少材料变形中由于ZrC团聚造成应力集中而引发的脆性断裂。