LaB6-ZrB2共晶合金的組織與性能.pdf

1、六硼化鑭(LaB6)由于低功函數(shù)、高熔點(diǎn)、強(qiáng)耐離子轟擊性，而被認(rèn)為是具有優(yōu)越熱電子發(fā)射性能的陰極材料，然而B-B共價鍵的存在，使得LaB6非常脆，嚴(yán)重的限制了其進(jìn)一步的工程化應(yīng)用。研究表明:通過在LaB6基體中添加具有高彈性模量的MeB2，形成LaB6-MeB2共晶復(fù)合材料，不僅能夠提高材料的力學(xué)性能，而且能夠改善La原子的擴(kuò)散速率，因此是一種非常具有應(yīng)用前景的結(jié)構(gòu)功能一體化復(fù)合材料。本文結(jié)合放電等離子燒結(jié)技術(shù)和光學(xué)區(qū)熔技術(shù)，制備了高性

2、能的LaB6-ZrB2共晶復(fù)合材料，系統(tǒng)的研究了不同工藝條件下材料的微觀組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能及熱發(fā)射性能。
　　采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)制備了大尺寸LaB6-ZrB2共晶復(fù)合材料，考察了溫度對材料的致密度、微觀組織、力學(xué)性能的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)隨著燒結(jié)溫度增加，材料的致密度、硬度逐漸增大，斷裂韌性呈現(xiàn)先增大后減少的趨勢。最佳的工藝參數(shù)為:燒結(jié)溫度T=1900℃、保溫時間t=5 min、燒結(jié)壓力位40 MPa，該工藝下，LaB6-ZrB2共

3、晶復(fù)合材料的致密度為98.97％，硬度為19.52 GPa，斷裂韌性為2.79MPa·m1/2。為了進(jìn)一步降低燒結(jié)溫度和提高燒結(jié)性能，在LaB6-ZrB2二元合金的基礎(chǔ)上通過添加TiB2促進(jìn)燒結(jié)致密化，TiB2和ZrB2形成了固溶相活化了晶格大大降低了燒結(jié)溫度，在1800℃燒結(jié)的樣品達(dá)到了較好的性能，斷裂韌性為4.43 MPa·m1/2，相對于二元合金斷裂韌性提高了59％。
　　在放電等離子基礎(chǔ)上，采用光學(xué)區(qū)熔制備了全致密、高質(zhì)量

4、的LaB6-ZrB2共晶復(fù)合材料，研究了凝固速率對材料的微觀組織和性能的影響規(guī)律，結(jié)果表明:
　　當(dāng)凝固速率為50-300mm/h時，LaB6和ZrB2形成了共晶兩相相互耦合生長的均勻組織，ZrB2纖維的直徑和間距都隨著抽拉速率的增加而減小，在不同凝固速率下的抗彎強(qiáng)度都較高，在100mm/h時達(dá)到809.04 MPa;材料的維氏硬度和斷裂韌性橫截面和縱截面上呈現(xiàn)出各向異性:橫截面上，硬度為21.15 GPa，斷裂韌性為3.8 MP

5、a·m1/2，在縱截面上硬度為22.16 GPa，裂紋沿著纖維方向測試的斷裂韌性為3.6 MPa·m1/2，垂直于纖維方向斷裂韌性為8.6 MPa·m1/2。LaB6-ZrB2復(fù)合材料具有很好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性，電阻率測試溫度從室溫15℃至350℃時，電阻率和溫度成正比關(guān)系，相較于LaB6電阻率降低至原來的一半;導(dǎo)熱系數(shù)隨著溫度升高而降低，在同樣溫度下，相較于LaB6導(dǎo)熱系數(shù)提高了約一倍。LaB6-ZrB2復(fù)合材料中LaB6基體100晶體取向