Ti(C，N)基金屬陶瓷的界面價(jià)電子結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、本文首先應(yīng)用EET理論系統(tǒng)研究了添加不同碳化物時(shí)金屬陶瓷陶瓷相的價(jià)電子結(jié)構(gòu)以及(Ti,Me)(C,N)/Ni(Co、α-Fe、Fe3Al、FeAl、NiAl)金屬陶瓷體系的界面價(jià)電子結(jié)構(gòu)，分析了界面價(jià)電子結(jié)構(gòu)參數(shù)與金屬陶瓷力學(xué)性能之間的關(guān)系。在計(jì)算的基礎(chǔ)上運(yùn)用液相燒結(jié)技術(shù)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(xué)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(duì)組織和力學(xué)性能的影響。指出了EET理論的基本原理、研究進(jìn)展以及應(yīng)用情況。
　　 其次，運(yùn)用EET理論和BLD法研究了添加不同碳化物(Mo2C、WC、NbC、TaC、Cr3C2、VC)對(duì)金屬陶瓷的陶瓷相價(jià)電子結(jié)構(gòu)的影響，分析了價(jià)電子結(jié)構(gòu)參數(shù)(nA)與金屬陶瓷材料潤(rùn)濕性(θ)以及力學(xué)性能(硬度、強(qiáng)韌性)之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上計(jì)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(jià)電子結(jié)構(gòu)(最強(qiáng)鍵共價(jià)電子數(shù)(nA)，晶面電子密度(ρ)和界面價(jià)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(jià)電子密度連續(xù)性較好；實(shí)驗(yàn)證明，Mo2C對(duì)Ni/Ti(C，N)金屬/陶瓷材料的潤(rùn)濕性的改善作用最為明顯。當(dāng)碳化物添加量為10wt.％時(shí)，不同碳化物對(duì)潤(rùn)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(jià)電子密度差(△ρ)小于10％，即界面價(jià)電子連續(xù)性好，界面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；總體來(lái)說(shuō)，金屬及金屬間化合物對(duì)異相界面價(jià)電子密度差的影響順序?yàn)?由強(qiáng)到弱)：Ni(Co)＞FeAl＞α-Fe＞Fe3Al＞NiAl。(3)綜合研究了價(jià)電子結(jié)構(gòu)、界面價(jià)電子結(jié)構(gòu)與材料強(qiáng)韌性之間的關(guān)系，指出采取原位復(fù)合制備工藝控制界面結(jié)合時(shí)，應(yīng)該盡量在復(fù)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(fù)合材料具有更優(yōu)異的綜合力學(xué)性能。
　　 接下來(lái)在基于界面價(jià)電子結(jié)構(gòu)計(jì)算的基礎(chǔ)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(xué)性能及抗熱沖擊性能。結(jié)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(jié)構(gòu)(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(jié)構(gòu)。(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(xì)的趨勢(shì)。研究表明，(Ti,Mo,W)(C,N)-Ni-Co金屬陶瓷具有優(yōu)良的力學(xué)性能，其硬度值(HRA)達(dá)到91.5以上，抗彎強(qiáng)度達(dá)到1350MPa以上。(3)就材料的硬度而言，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與價(jià)電子結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果是相符的；(4)高溫?zé)釠_擊實(shí)驗(yàn)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