Zr55Cu30Al10Ni5非晶熔体与金属及陶瓷的润湿性和界面特征

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采用改良座滴法测定了Zr55Cu30Al10Ni5非晶熔体与金属(Nb,Ta,W,Mo和Fe),氧化物(Al2O3,SiO2,ZrO2,Y2O3)和碳化物(B4C,SiC,WC,ZrC)之间的润湿行为,运用SEM,FESEM,EDS,XRD等考察了界面微结构和产物相,并利用流体动力学,分子动力学,反应产物控制和扩散控制等模型探讨了液滴在上述基板上的铺展动力学及其控制因素。获得了如下主要结果:1.揭示了Zr55Cu30Al10Ni5非晶熔体与上述三大典型系统之间润湿性的共性规律,即活性元素Zr在界面尤其是三相线处的吸附和堆积是控制润湿性的关键因素。2.发现了熔体与金属之间皆具良好的润湿性,铺展行为符合分子动力学模型。并且,溶解型体系的润湿性优于化学反应型体系。在吸附、溶解和反应的竞争中,溶解或反应越弱,吸附作用越显著,体系的润湿性越好。3.阐明了润湿过程中前驱膜的形成机制为活性原子吸附堆积并形成薄膜流动。化学反应降低了活性原子在界面吸附的浓度,从而削弱或抑制了前驱膜的形成,最终弱化了系统的润湿性。4.通过吸附、反应和因氧化或界面粗化造成三相线钉扎之间的竞争合理解释了氧化物体系(ZrO2、Y2O3)中润湿性的反常温度依赖性以及显金属性碳化物(ZrC和WC)润湿性优于共价键型碳化物(B4C和SiC)的本质原因。本文从润湿性和界面化学的角度为Zr基非晶复合材料的制备以及利用此非晶钎料实现与氧化物和碳化物的连接提供了一个理论指导和实践参考。
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