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钨基合金以其优异的物理、机械性能在军工、航空航天领域得到了广泛的应用。用钨晶须来增强增韧钨基合金,不仅可以改善强化材料和基体材料的界面关系,而且可以进一步提高钨基合金的力学性能。因此,低成本、规模化、可控制备钨晶须是发展高性能钨基合金材料的关键所在。本论文主要对钨晶须制备的工艺条件及生长机理进行研究。
采用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、场发射扫描电镜(HRSEM)、透射电镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)等分析检测手段对制备的钨晶须形貌、物相、成分和晶体结构进行分析和表征,揭示其生长机制。研究结果表明:
(1)当反应温度为600℃时,开始有片状的钨晶须结构产生,主要成分是钨;当反应时间为6h,以93W-4.9Ni-2.1Fe混合粉末为原料时,制得的钨晶须呈柱状,直径为300-400nm,长度可达到几十个微米。
(2)钨晶须在93W-4.9Ni-2.1Fe粉末上的生长是沿着线-片-面的过程生长的,最初先形成极细的纳米线,吸附凝聚形成片状结构,片状结构再凝聚形成柱状结构。
(3)以钼片为衬底有利于W晶须的生长,钼衬底能促进挥发性中间产物WO2(OH)2的形成和分解,对W晶须的生成产生有利的影响,也能促使微量的Mo原子溶入W的晶胞,形成W、Mo连续固溶体,从而减小W的晶胞参数。
(4)以93W-4.9Ni-2.1Fe挤压棒材的脱脂样为衬底可制备出形貌良好的钨晶须,钨晶须以棒材脱脂时粘结剂挥发形成的孔隙为中心,发散状生长;以经过化学腐蚀处理后多孔硅为衬底,可生成少量钨纳米线;两种衬底与生成钨晶须材料的匹配度不同,产物在数量和形貌上也有较大差别。