内嵌式钨铜粉末爆炸复合结构材料的研究

为满足托克马克核聚变装置内壁材料对W-Cu复合材料的需求,提出了内嵌式粉体爆炸复合方法和技术工艺。先用该方法制备内嵌式W-Cu粉复合材料,其实验粉末分别采用粒径3μm与23μm的纯钨粉和添加10%铜粉的W-Cu混合粉末(质量分数)。然后利用扫描电子显微镜、显微硬度计对内嵌式W-Cu粉复合材料进行表征、分析。结果显示,实验粉末经过爆炸烧结压实后能达到90%以上该密实材料的密度。添加10%铜粉后制备的W-Cu粉复合结构材料结合界面更加规则均匀理想,结合界面附近几乎没有孔隙,粉末压实部分孔隙度更小且孔隙的尺寸更小,均匀致密性更好,但粉末压实层硬度更低。使用粒径3μm的混合粉末与23μm的混合粉末,后者制备的W-Cu粉复合材料,粉末压实部分均匀致密性更好,孔隙度更小且孔隙的尺寸更小,粉末压实层密度更大,但硬度更低。     

内嵌式钨铜粉末爆炸复合结构材料的研究

为满足托克马克核聚变装置内壁材料对 W-Cu复合材料的需求,提出了内嵌式粉体爆炸复合方法和技术工艺。先用该方法制备内嵌式W-Cu粉复合材料,其实验粉末分别采用粒径3μm与23μm的纯钨粉和添加10%铜粉的W-Cu混合粉末(质量分数)。然后利用扫描电子显微镜、显微硬度计对内嵌式 W-Cu粉复合材料进行表征、分析。结果显示,实验粉末经过爆炸烧结压实后能达到90%以上该密实材料的密度。添加10%铜粉后制备的 W-Cu粉复合结构材料结合界面更加规则均匀理想,结合界面附近几乎没有孔隙,粉末压实部分孔隙度更小且孔隙的尺寸更小,均匀致密性更好,但粉末压实层硬度更低。使用粒径3μm的混合粉末与23μm的混合粉末,后者制备的 W-Cu粉复合材料,粉末压实部分均匀致密性更好,孔隙度更小且孔隙的尺寸更小,粉末压实层密度更大,但硬度更低。     

粉末的爆炸压实工艺

为指导粉末爆炸压实工艺,综述了影响粉末爆炸压实的各种工艺参数,阐述了爆炸装置、装粉套筒、原始粉末、炸药以及其他因素的选择原则,分析了这些工艺因素对粉末爆炸成型质量的影响,提出了粉末爆炸压实中工艺参数优化的复杂性,并展望了爆炸压实工艺在粉末成型中的应用前景.     

颗粒种类及制备工艺对铜基材料性能影响

以纯铜为基体,以WC、AlN、TiN、MgB2等具有不同导电性能与密度的陶瓷颗粒为增强相,采用粉末冶金工艺制备了WCp/Cu、AlNp/Cu、TiNp/Cu和MgB2p/Cu系列复合材料.研究了不同增强颗粒、制备工艺的不同环节对铜基复合材料导电性能的影响.结果表明:相同制备工艺及体积分数条件下,以具有不同导电性能与密度的陶瓷颗粒作为增强相的铜基复合材料的导电性能相近,混粉、压制、烧结、复压及复烧等工艺环节对铜基复合材料导电性能有不同程度的影响,提高铜基复合材料的致密度为提高其导电性能的关键.     

不同陶瓷颗粒增强Cu基复合材料的制备及导电性能

以纯铜为基体,以WC、AlN、TiN、MgB2等具有不同导电性能与密度的陶瓷颗粒为增强相,采用球磨-冷压-烧结工艺制备了WCp/Cu、AlNp/Cu、TiNp/Cu和MgB2p/Cu系列复合材料.研究了制备工艺的不同环节对铜基复合材料导电性能的影响,讨论了不同陶瓷颗粒增强铜基复合材料的导电性能.结果表明相同制备工艺及体积分数条件下,以具有不同导电性能与密度的陶瓷颗粒作为增强相的铜基复合材料的导电性能相近,球磨、冷压、烧结、复压及复烧等工艺环节对铜基复合材料导电性能有不同程度的影响,提高铜基复合材料的致密度为提高其导电性能的关键.     

颗粒粒径对碳化钨/高强钢复合材料界面微观组织和元素扩散的影响

利用"冷压成型-真空烧结法"制备了碳化钨/高强钢复合材料。结合光学显微镜、扫描电镜、超高温激光共聚焦显微镜和显微硬度计等分析测试手段对不同碳化钨(WC)颗粒粒径下获得的复合材料以及界面的显微组织和硬度进行了分析。实验结果表明,WC粉末颗粒粒径越小,WC平均晶粒尺寸越小;同时,WC致密度越高,当WC粉末颗粒粒径为100 nm,致密度达到91.22%;WC粉末颗粒粒径越小,复合材料中WC一侧的硬度越高。当WC粉末颗粒粒径为100 nm,烧结温度为1 320℃时,WC最高硬度值达1 680HV_(0.1)左右;且在靠近结合界面处WC硬度较其他位置更高;芯部的高速钢材料随WC颗粒粒径的变化不大,都在500HV_(0.1)左右。当WC粉末颗粒粒径为200 nm时,碳化钨与高强钢在界面处形成了一定宽度的过渡层,复合材料的结合为冶金结合;高强钢基体中的铁元素扩散到接触的碳化钨组织中,产生了一定宽度的熔合层,复合材料界面结合相对较好。在过渡区域内,W、Fe和Co元素在界面处都发生了明显的扩散;随着碳化钨颗粒粒径的增大,元素扩散趋势减弱。当WC粉末颗粒粒径为500 nm时,在复合材料界面处Fe元素和W元素未发生明显扩散现象,只有Co元素发生了一定程度的扩散。     

钢结硬质合金/中铬钢复合材料的磨料磨损性能

为了解决严苛工况下的磨损问题,利用WC颗粒和中珞钢粉末,采用热压烧结法制备了局域化增强的钢结硬质合金/中珞钢复合材料,观察分析了复合材料界面,研究了试验载荷对复合材料相对耐磨性的影响规律及其磨损机理。结果表明:采用热压烧结法制备的局域化增强复合材料界面结合良好,增强区域组织致密,WC颗粒分布均匀;复合材料的耐磨性远高于中珞钢的,且其相对耐磨性随着试验载荷的增加而增大;在较高试验载荷下,复合材料的耐磨性优势更为显著,加载30 N时复合材料的相对耐磨性达到中鎔钢的3.7倍;在磨损过程中,凸出磨损面的增强区域对基体区域的有效保护作用和基体区域对增强区域的有效支撑作用,两者相互配合是复合材料具有优异耐磨性的主要原因;复合材料的磨损失效机理主要是显微切削和多次塑变疲劳断裂。     

WC体积分数对WC_p/Fe复合材料组织及压缩性能的影响

为研究WC体积分数对WC_p/Fe复合材料组织、界面及压缩性能的影响,采用粉末烧结法制备了不同WC体积分数的WC_p/Fe复合材料。结果表明:在不同WC体积分数的WC_p/Fe复合材料中,WC颗粒发生了不同程度的溶解,其与基体间均呈冶金结合。随着WC体积分数的增加,WC_p/Fe复合材料的界面等效宽度呈现递减趋势,当WC体积分数为50%时,界面等效宽度最小,为39.8μm;复合材料的压缩强度呈先增大后减小趋势,当WC体积分数达到45%时,压缩强度达到最大值;复合材料的断裂方式由准解理断裂逐渐转向纯解理断裂,当WC体积分数达到50%时,WC_p/Fe复合材料的断裂方式为纯解理断裂。     

冷爆炸压实中纳米陶瓷粉末摩擦传热研究

对纳米陶瓷颗粒在爆炸冲击波作用下的受力特点进行了分析,利用准静态弹性力学方法研究了颗粒间的冲击摩擦力大小,并利用热传导的尺寸效应和冲击摩擦的强瞬态性(忽略传热的边界散射影响),研究了摩擦引起的颗粒内部温度变化和温度场分布.ITO纳米陶瓷粉末参数的计算分析表明,冷爆炸压实中纳米陶瓷粉末颗粒间很难形成摩擦焊接.要提高纳米陶瓷粉末爆炸压实后的结合强度,必须加强陶瓷颗粒在压实过程中的烧结行为,建议在纳米陶瓷粉末的爆炸压实中采取预热爆炸压实的工艺路线.     

爆炸粉末固结W/Cu合金的工艺研究

利用机械合金化法制取W/Cu合金化粉末。预压合金粉末在不同温度下通氢还原,将还原后的合金粉末在直接爆炸压制成型的装置中进行爆炸固结,爆炸固结样品相对密度最高达到了98.1%。研究了粉体的还原温度对固结体致密度的影响。分析了样品的微观结构,对样品做EPMA、断口SEM观察以及维氏硬度、电导率的测量。结果表明,W/Cu合金化粉末在爆炸冲击波作用下能够结合成高致密体,合金材料具有高硬度、组织均匀的特点,物理性能良好。     

WC颗粒增强Fe基粉末冶金复合材料研究进展

介绍了WC颗粒增强Fe基粉末冶金复合材料,讨论了WC颗粒增强Fe基粉末冶金复合材料的WC含量、组织结构、制备工艺、WC颗粒形貌及强韧化机理,并指出研发一种短流程、低成本的高性能WC颗粒增强Fe基粉末冶金复合材料及其制备工艺是Fe基复合材料未来发展的趋势之一。     

WC_p含量对粉末冶金Cu/WC_p复合材料疲劳裂纹扩展行为的影响

通过粉末冶金热压烧结法制备高压电触头Cu/WC_p颗粒增强复合材料,研究WC_p颗粒含量(15%和3%,体积分数,下同)对Cu/WC_p复合材料的疲劳裂纹扩展行为的影响,并结合SEM进行断口分析;利用原位SEM疲劳裂纹观测系统原位观察微裂纹萌生,分析颗粒对裂纹扩展路径的影响机制。结果表明:在相同应力强度因子幅(△K)下WC_p含量为15%的Cu/WC_p的疲劳裂纹扩展速率大于WC_p含量为3%的复合材料;颗粒含量的增加并没有提高复合材料的裂纹扩展门槛值△K_(th),这主要是因为颗粒和基体的界面属于弱界面;在疲劳过程中颗粒脱粘形成裂纹源,不同脱牯微裂纹连接长大形成主裂纹是Cu/WC_p颗粒增强复合材料的疲劳损伤形式;当主裂纹尖端和颗粒WC_p相互作用时裂纹基本沿着颗粒界面往前扩展;复合材料的断裂模式从WC_p低含量3%时的颗粒脱粘-裂纹在基体里穿晶断裂,过渡为WC_p高含量15%时颗粒脱粘-基体被撕裂为主。     

高能球磨工艺对CNTs／Cu复合粉末与材料性能影响

采用卧式高能球磨和机械合金化工艺制备了纳米碳管增强铜基（CNTs／Cu）复合粉体,并采用真空冷压烧结制备出CNTs／Cu复合材料,研究了高能球磨工艺参数对复合粉体与材料性能的影响规律,包括球磨时间和搅拌轴转速对复合粉体粒度、松装密度以及力学性能的影响,结果表明,高能球磨技术有利于CNTs与铜的界面结合和机械合金化。高能球磨的最佳工艺条件：搅拌轴线速度4．2／5．4m／s,球磨时间2～4h,得到的CNTs／Cu复合粉体的中位径为11．76μm,松装密度为1．356g／cm3。CNTs／Cu复合材料的致密度到达94％,硬度到达92HB,抗拉强度到达138Mpa。     

爆炸压实中爆轰压力与粉末致密度的关系

在粉末材料爆炸压实试验中,爆轰压力是一个重要的工艺参数.本文结合质量不变条件、粉末材料泊松比与相对密度之间的关系、粉末材料的屈服准则以及粉末材料塑性变形时应力应变关系,研究爆炸压实工艺中爆轰压力与粉末致密度之间的关系,以便为实际的爆炸压实试验选择爆轰压力时提供理论依据.结果表明,随着爆轰压力增加,粉末爆炸压实坯的致密度也增加;当采用与其屈服强度相等的爆轰压力时,只能获得80.4%理论密度的棒坯;只有采用16倍屈服应力的爆轰压力时,爆炸压实才有可能获得99%理论密度的棒坯;无论爆轰压力多么大,爆炸压实法也不能得到完全致密的棒坯.     

陶瓷颗粒增强镍合金复合涂层冲蚀磨损的试验研究

以WC,ZrO₂,Cr₂O₃和Al₂O₃陶瓷颗粒为增强相,镍合金粉末为基体,运用等离子喷涂技术制备四种陶瓷/镍合金复合涂层。采用冲蚀磨损试验机和正交试验方法,进行陶瓷颗粒相浓度、磨粒粒度、冲蚀角和速度对陶瓷颗粒/镍合金复合涂层抗冲蚀磨损性能影响的试验研究。采用表面形状测量仪对陶瓷颗粒/镍合金复合涂层磨损表面形貌进行测量和分析。试验结果得到WC,ZrO₂,Cr₂O₃和Al₂O₃四种陶瓷颗粒/镍合金复合涂层冲蚀磨损率的经验关联式。     

粉末热压成形工艺对WCp/2024Al复合材料力学性能的影响

采用真空热压方法制备了WC颗粒增强2024铝基复合材料(WCp/2024Al),并利用XRD,SEM,拉伸性能测试等检测手段研究了复合材料的热压温度和WC颗粒尺寸对WCp/2024Al复合材料力学性能的影响.结果表明,热压温度是控制复合材料发生界面反应的关键因素之一,并且界面反应所生成的反应产物导致复合材料的强度和塑性...     

An Analytical Model for Explosive Compaction of Powder to Cylindrical Billets through Axial Detonation

An analytical model, describing an explosive compaction process performed axially on a powder assembly of cylindrical geometry, is discussed. The powder is encapsulated in a cylindrical metal container surrounded by an explosive pad, which is detonated parallel to the major axis of the compact. The pressure generated in the powder is a function of the nature and the thickness of the explosive material as well as the powder characteristics. The model is based on the principle of shock propagation in powder aggregate and, the detonation as well as the refraction wave characteristics of the explosives. For the purpose of validation and illustration, this investigation considers the explosive compaction of aluminium powder particles for different explosive pad thicknesses. The model brings-out a closed-form solution for densification of powders. The density of the final powder compact depends on the pad thickness. Inadequate pad thickness leads to under compacted core, while higher pad thickness leads to melting at the core leading to over all low density. The optimum pad thickness of the explosive to produce the highest densification is thus determined using the model. The densification depends on the size of the powder particles also, since; the heat generated by the high pressure shock wave melts the surface of the powder particles depending on the specific heat, thermal conductivity and the latent heat of the powder material. The study essentially covers the effect of the explosive pad thickness and the particle size of the powder on densification. The analytical results are compared with a few experimental data and the comparison is found to be satisfactory.     

废旧线路板粉料增强不饱和聚酯复合材料力学性能

以废旧线路板回收处理过程中得到的塑料粉料作为增强填料,采用模压成型的方法制备成不饱和聚酯复合材料。改变填料形状、加入量及尺寸大小,研究其对复合材料性能的影响。结果表明:用废弃粉料与短切玻璃纤维作为组合增强体制得的不饱和聚酯复合材料的力学性能远大于仅用废弃粉料作为增强体的力学性能;颗粒长度为1～3 mm的纤维状粉料对复合材料性能的提高远远大于颗粒长度为0.25 mm的纤维状粉料对复合材料性能的提高,且填充量也较大,质量分数可达65%,弯曲强度和冲击强度可达150 MPa、18 kJ/m2。      

Synthesis of Al2O3-WC composite powder by SHS process

Al₂O₃-WC composite powder was synthesized by self-propagating high-temperature synthesis using Al powder as a reducing agent. WC, W₂C and Al₂O₃ were concurrently formed in WO₃-Al-C system. It was found that the complete reaction was achieved with excessive addition of carbon and appropriate processing parameters such as degree of dilution, particle size of aluminum, pellet compaction pressure and carbon source. The final product which was leached by 50% 1 : 4 HNO₃ + HF diluted solution was consisted of Al₂O₃-55wt%WC having 2–3 m of mean particle size.