二硼化钨陶瓷的生产


二硼化钨陶瓷的生产


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作为一种典型的过渡金属硼化物 , 二硼化钨(WB2)是一种新型的超硬材料 , 具有高熔点、高硬度(硬度大于或等于40GPa)、高电导率和优良的耐磨性等特点 , 因而广泛应用于高温结构材料、耐火材料、电极材料等领域 。

WB2晶体结构图 , 曹晓舟/无机材料学报
从生产工艺上来看 , WB2粉末的生产方法有化学气相沉积法、元素合成法、浮区熔炼法、熔盐电解法和自蔓延燃烧合成法 。 而WB2粉末经过无压烧结法 , 即可制得硼化钨陶瓷 。 WB2陶瓷的生产步骤为:将硼粉与钨粉按比例均匀混合后 , 在钢制模具中100MPa压力下压制成型得到素坯 , 接着将素坯置于石墨坩埚中 , 后放于真空碳管炉中加热 , 保温和冷却 , 冷却后研磨成WB2粉体 , 将WB2粉体置于钢制模具中压制成型 , 最后在真空烧结炉中以10℃/min的升温速率升温至目标温度保温2h进行无压烧结 , 即可得到最终产品 。

WB2粉体微观形貌图 , 曹晓舟/无机材料学报
【二硼化钨陶瓷的生产】研究表明 , 随着烧结温度的升高 , WB2陶瓷中的气孔会越来越少 , 致密化程度越来越高 , 则抗弯强度和硬度都会随之增强 。 随着烧结温度的升高 , WB2陶瓷的显气孔率越来越小 , 而相对密度越来越大 , 这是由于高温烧结过程主要依赖于高温下原子间相互扩散 , 烧结温度升高 , 扩散加剧 , 粉末颗粒间接触面增加 , 材料本身的体积扩散与传质过程更加充分 , 颗粒间位置进行重排 , 颗粒间由弱的范德华力连接变为较强的晶体接触 , 使得气孔排出 , 因此气孔率降低 , 同时相对密度增大 。

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