论文部分内容阅读
钨(W)及其合金由于高熔点,高热导率,低溅射率和低氚滞留等优异的热物理性能,在核能、航空航天、军事以及化工等高端领域应用中是非常具竞争力的候选材料之一。但是,W合金存在烧结困难(熔点达3410℃,获得高致密纯W材料的烧结温度在2000℃以上),韧-脆转变温度(Ductile to Brittle Transition Temperature:DBTT约为400℃)高,再结晶温度低(约为1400℃)以及延展性差等问题。因此,改善W基合金的烧结特性及力学性能是十分必要的。当前,对W进行晶粒细化、合金强化是解决W基合金脆性断裂的主要途径。本文采用钛(Ti)和碳纳米管(CNTs)作为烧结助剂,在1500℃、25 MPa的烧结条件下制备了W-CNTs, W-Ti, W-Ti-CNTS合金,并利用三点弯曲法(TP)和单边缺口梁法(SENB)对材料的强度和断裂韧性进行了测试,采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)与能谱(EDS)分析仪对其微观组织结构和断口形貌特征进行了表征分析。研究结果发现,Ti和CNTs都可以改善材料的烧结特性,在纯W基体中单独掺杂Ti或CNTs制备的W-0.1CNTs和W-5Ti合金的致密度都得到显著提高(分别为95.8%和96.5%),但晶粒长大,造成材料性能较差。同时掺杂CNTs和Ti能改善W合金的烧结特性,而且能明显抑制W晶粒长大,使材料的力学性能得到显著提高,其中W-3Ti-0.1CNTs材料的断裂韧性达到最大值(13.01 MPa·m1/2), W-5Ti-0.1CNTs合金表现出优异的综合性能,其硬度、弯曲强度和断裂韧性分别为7.32 GPa、654.3 MPa 和 10.13MPa·m1/2。通过微观结构表征发现,单独加入CNTs或Ti,断裂方式主要以沿晶断裂为主,而同时加入CNTs和Ti所制备W-Ti-CNTs合金,材料致密度高,晶粒细小,断裂方式表现为沿晶断裂和穿晶解理断裂的混合模式,对材料起到了很好的增强增韧效果。