【摘 要】
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WC-Co硬质合金是一种典型的陶瓷-金属复合材料。由于其具有高的弹性模量、硬度、耐磨性等优点,被广泛应用于深井钻头、切削工具等领域。随晶粒尺寸减小,硬质合金的硬度、耐磨性提高,并且可获得高的强度,因此纳米结构硬质合金可能具有优异的综合力学性能。然而,受制备技术所限,目前针对平均晶粒尺寸在100 nm以下的纳米晶硬质合金块体材料的研究还非常有限。本研究组于国际上首次利用Co-W-C三元化合物粉末为初
【机 构】
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北京工业大学材料与制造学部新型功能材料教育部重点实验室
【出 处】
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第十七届中国体视学与图像分析学术会议论文集
论文部分内容阅读
WC-Co硬质合金是一种典型的陶瓷-金属复合材料。由于其具有高的弹性模量、硬度、耐磨性等优点,被广泛应用于深井钻头、切削工具等领域。随晶粒尺寸减小,硬质合金的硬度、耐磨性提高,并且可获得高的强度,因此纳米结构硬质合金可能具有优异的综合力学性能。然而,受制备技术所限,目前针对平均晶粒尺寸在100 nm以下的纳米晶硬质合金块体材料的研究还非常有限。本研究组于国际上首次利用Co-W-C三元化合物粉末为初始材料,通过非晶晶化的方法成功制备出了平均晶粒尺寸小于100 nm、物相纯净且具有高致密度的纳米晶硬质合金块体材料。制备的WC-10wt.%Co纳米晶硬质合金具有优良的综合力学性能,硬度达到2356 kgf/mm~2,同时断裂韧性高达13.26 MPa·m1/2,综合性能处于目前国际领先水平。然而,通过三元化合物非晶晶化制备纳米晶硬质合金的成相过程、晶体学关系的形成及演变规律还有待探索。为此,本研究采用截断加热的方法分步探究了上述过程。首次从原子尺度系统阐明了Co3W3C、WC优先在非晶态Co-W-C相中形核,进而Co3W3C和无定型C反应生成新的WC相和Co相的过程。此外,通过晶体学分析阐明了Co3W3C对WC长大时形成的纳米台阶的影响进而对WC择优取向生长的影响。本研究揭示的非晶晶化-取向生长的机理为纳米晶陶瓷基复合材料的设计制备提供了重要的科学指导,同时可拓展到多种金属-陶瓷复合材料的纳米化制备与组织结构调控。
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