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WC基硬质合金具有优异的硬度和横向断裂强度,广泛应用于民口和军工等领域,被称作工业的“牙齿”。其中,WC-Co类合金开发最早、应用领域最广,但选用Co作为粘结相时,合金存在耐腐蚀性差,高温、高频载荷条件下性能下降的问题。近年来,随着工业应用要求的不断提高,采用氧化物代替Co成为WC基复合材料的研究热点,作为一种耐高温氧化物,ZrO2能通过相变对材料产生增韧效果。本文以WC-ZrO2复合材料为研究对象,探究采用微波烧结工艺时ZrO2含量、烧结温度、保温时间对材料的显微结构及力学性能的影响;同时采用放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,简称SPS)烧结制备WC-14Zr O2复合材料,对比分析两种烧结工艺对材料物相组成的影响作用。(1)研究了微波烧结温度、保温时间对WC-Zr O2复合材料的显微结构及力学性能的影响。结果表明,随着烧结温度的升高,WC晶粒尺寸和ZrO2颗粒尺寸逐渐粗化,气孔逐渐排除,ZrO2颗粒均匀分布在WC基体的晶界处,材料的致密化程度和断裂韧性都随烧结温度的升高不断提升,而硬度则表现为先上升后下降的趋势,并在1320℃到达峰值,最大值分别为24.03GPa(6.wt%ZrO2)、22.58GPa(10.wt%ZrO2)、21.67GPa(14.wt%ZrO2)。由于稳定剂Y2O3的存在,即使在1360℃保温60min时WC-14Zr O2复合材料中也未检测到单斜相ZrO2。材料晶粒尺寸会随着保温时间的延长而逐渐粗化,同时其致密度、维氏硬度和断裂韧性都随保温时间的延长先增大后减小,致密度和断裂韧性在保温30min时达最大值,但此时晶粒和孔隙的尺寸与保温15min的试样相比有所长大,所以材料的硬度值下降。(2)ZrO2能够促进WC原子的扩散,加快晶粒生长。随着ZrO2含量的增加,WC-ZrO2中WC晶粒的平均尺寸逐渐增大,但是过多的Zr O2颗粒呈弯曲钳状分布在WC基体的晶界处会产生钉扎作用,可以阻碍WC晶粒的合并长大。ZrO2添加量的增多能促进WC基复合材料致密化过程,同时增韧效果更加明显。当ZrO2含量为10%,WC-ZrO2复合材料致密度达98.50%,其断裂韧性和硬度分别为8.13 MPa·m1/2、21.81GPa。当含量增加到14%时,断裂韧性最佳,为9.6 MPa·m1/2,但ZrO2含量的增多也使得材料硬度下降至21.3GPa。室温下材料的断裂方式主要为沿晶断裂,温度升高至1320℃,转变为以穿晶断裂为主,裂纹扩展时遇到ZrO2颗粒,发生偏转、绕行和桥接等现象,并在裂纹尖端萌生微裂纹,使裂纹扩展路径延长,吸收了裂纹扩展能量,从而起到了增韧的效果。(3)SPS烧结制备的WC-14ZrO2复合材料物相纯净,只有WC和四方相ZrO2,未检测到缺碳相W2C。放电等离子烧结时,当烧结温度升高,晶粒粗化,孔隙数量减少;当烧结温度为1600℃时,组织中几乎看不到孔隙,材料趋于完全致密。随烧结温度的升高,材料的致密度、断裂韧性均逐渐增大,而硬度则先增大,在1600℃时达到峰值23.11GPa,之后由于晶粒显著粗化使硬度降低。烧结温度为1600℃时SPS烧结制备的WC-14ZrO2复合材料综合性能良好,致密度、断裂韧性和硬度分别为97.32%、9.6MPa·m1/2和23.11GPa。