ZrCp-W復(fù)合材料的高溫壓縮變形行為及強化機制.pdf

1、本文采用熱壓燒結(jié)工藝(2200oC/1h/30MPa)制備了ZrCp/W系列復(fù)合材料，作為對比，同時制備了不同晶粒尺寸的純鎢材料。系統(tǒng)研究了ZrC顆粒含量、尺寸和分布及燒結(jié)溫度和熱處理對復(fù)合材料的組織結(jié)構(gòu)、室溫力學(xué)性能及高溫壓縮變形行為的影響；詳細(xì)分析了復(fù)合材料變形后的組織結(jié)構(gòu)，揭示了復(fù)合材料的高溫壓縮變形機制和斷裂機制；根據(jù)實驗分析結(jié)果，建立了復(fù)合材料的高溫強化模型，并闡明了復(fù)合材料的高溫強化機制。
　　組織結(jié)構(gòu)分析表明，隨燒結(jié)

2、溫度升高，純鎢的致密度升高，晶粒尺寸增大。ZrCp/W復(fù)合材料由稀固溶鎢基體、(Zr,W)C固溶體顆粒及W2C新相組成。隨ZrC顆粒含量增加和尺寸減小，W2C新相的量增加；在ZrC顆粒尺寸為5μm的復(fù)合材料中未發(fā)現(xiàn)有W2C生成。20ZW-1.25復(fù)合材料經(jīng)2300oC退火1h后，W2C的生成量增加，ZrC顆粒發(fā)生明顯長大。
　　隨燒結(jié)溫度升高，純鎢的抗彎強度降低，而彈性模量升高。隨ZrC顆粒含量增加，20ZW-1.7復(fù)合材料的抗彎

3、強度和彈性模量分別達(dá)到1210MPa和416GPa的最大值。隨ZrC顆粒尺寸減小，復(fù)合材料的彈性模量降低；20ZW-1.25的最高，達(dá)到434GPa。隨ZrC顆粒含量增加和尺寸增大，復(fù)合材料的斷裂韌性升高。退火提高了20ZW-1.25復(fù)合材料的斷裂韌性，但其它力學(xué)性能均下降。
　　隨晶粒尺寸增大，純鎢的高溫壓縮流變應(yīng)力下降。ZrCp/W復(fù)合材料的高溫壓縮真應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈鋸齒型流變特征。隨ZrC顆粒含量增加和尺寸減小，ZrCp/W

4、復(fù)合材料的高溫壓縮流變應(yīng)力升高，塑性下降。ZrCp/W復(fù)合材料的室溫壓縮屈服強度都大于1000MPa，30ZW-2.5的屈服強度達(dá)到1810MPa。隨應(yīng)變速率降低和變形溫度升高，30ZW-2.5復(fù)合材料的流變應(yīng)力下降，斷裂應(yīng)變升高。30ZW-2.5復(fù)合材料具較高的高溫壓縮屈服強度，在1600℃，10-3/s應(yīng)變速率條件下還保持著633MPa的屈服強度。在1300～1600oC范圍內(nèi)，30ZW-2.5復(fù)合材料的變形激活能和應(yīng)力指數(shù)分別為3

5、44kJ/mol和17.6。
　　ZrCp/W復(fù)合材料在低于1500℃下的變形機制主要為鎢基體的動態(tài)回復(fù)，在高于1500℃時，在鎢基體中動態(tài)再結(jié)晶開始。溫度高于1200℃時，大量ZrC發(fā)生位錯滑移，并隨變形溫度升高和應(yīng)變量增大，產(chǎn)生位錯滑移的ZrC晶粒的數(shù)量增加，位錯密度升高。宏觀裂紋起源于壓縮試樣赤道表面，呈“Z”字型。微觀上，首先在ZrC/W/ZrC三角晶界處產(chǎn)生微孔，而后沿ZrC/ZrC和W/W晶界擴(kuò)展。在鎢基體粘塑性作用下