納米材料的制備與應(yīng)用-資料下載頁
2025-05-12 22:06本頁面
【正文】 國 內(nèi)： ? 中國科學(xué)院固體物理所董遠(yuǎn)達(dá)研究組于 1994年利用機(jī)械合金化法合成了晶粒度為 WC粉體。 ? 浙江大學(xué)的吳?？〗淌诘热顺晒Φ刂苽涞玫狡骄Я３叽?6nm的 W2C粉體。 ? 上海大學(xué)馬學(xué)鳴項(xiàng)目組利用機(jī)械合金化技術(shù)直接由 W、 C、 Co粉通過固相反應(yīng)制備出納米級的WCCo粉末。 ? 株洲鎢鉬研究所、清華大學(xué)、武漢工業(yè)大學(xué)、中南工業(yè)大學(xué)等單位也制備得到了納米 WC粉。 噴霧轉(zhuǎn)換工藝 ? 目前工業(yè)化批量生產(chǎn) WCCo納米復(fù)合粉的主要方法 。 ? 采用該工藝生產(chǎn)出的納米 WCCo粉粒度可達(dá)到 20～ 40nm， W和 Co達(dá)到分子量級的混合 ， 無需研磨 ， 并且從一開始工藝就不受環(huán)境影響 。 噴霧轉(zhuǎn)換工藝的三個主要步驟 : (1)制備和混合先驅(qū)體化合物水溶液，固定初始 溶液中的成分； (2)將初始溶液經(jīng)噴霧干燥形成均勻的先驅(qū)體粉末； (3)經(jīng)熱化學(xué)轉(zhuǎn)換將先驅(qū)體粉轉(zhuǎn)變成納米粉體。 在實(shí)際生產(chǎn)中通常是將偏鎢酸銨水溶液與氯化鈷混合形成原始溶液，經(jīng)霧化干燥形成化學(xué)成分均勻、細(xì)小的鎢和鈷鹽混合物，再將混合粉體在流化床中還原和碳化而得到納米 WCCo粉體。 原位滲碳還原法 ? 工藝的創(chuàng)新之處： 利用聚合物 (聚丙烯腈 )作原位碳源 ， 直接由H2一步將先驅(qū)體還原成納米單相 WCCo粉體 ， 無需 CO/CO2的碳化過程 。 ? 工藝的關(guān)鍵： 將鎢酸和鈷鹽溶解在聚丙烯腈溶液中 ， 經(jīng)低溫干燥后移至氣氛爐內(nèi)于 800~900℃ 的溫度范圍內(nèi)由 90%Ar10%H2的混合氣體直接還原成 WCCo粉體 ， 粉體的晶粒度為 50~80nm。 等離子體化學(xué)氣相沉積法 ? 通過等離子體產(chǎn)生熱源（溫度可高達(dá) 4000~5000℃ ），原料在此溫度下分解并反應(yīng)，合成產(chǎn)物。 ? 產(chǎn)生熱源的方式主要有：直流等離子體、高頻等離子體、直流和高頻相結(jié)合產(chǎn)生的等離子體。 ? 日本的龜山哲也等人采用高頻等離子體，利用 CH4作碳源，已制取得到了超高純的 WC1x粉體，微粉的粒徑為5～ 20ｎｍ。 ? 考慮到 CH4成本較高， Fan Yousan等人提出以 CoWO4為原料， C2H2為碳源， Ar氣作為載氣和保護(hù)氣體和 H2氣作為反應(yīng)氣體同時通入等離子體中，以直流電弧等離子體直接還原和滲碳，也制備得到了納米級的粉體。 機(jī)械合金化技術(shù) 機(jī)械合金化是合成納米材料的一條新途徑。這種方法通過在高能球磨下的機(jī)械驅(qū)動力，低溫下合成高熔點(diǎn)的金屬和合金材料，獲得常規(guī)方法難以合成的新型結(jié)構(gòu)材料。 三、納米硬質(zhì)合金的燒結(jié) ? 要真正發(fā)揮納米 WC的作用 ， 成功制備納米硬質(zhì)合金 ， 關(guān)鍵還在于控制燒結(jié)過程中 WC晶粒的長大 。 ? 由于納米 WC和液相 Co之間界面面積大 、 界面能高 ， 傳統(tǒng)的液相燒結(jié)易使 WC粗化 ， 難以得到晶粒小于 50nm的 WCCo納米硬質(zhì)合金 。 有效抑制燒結(jié)過程中 WC晶粒長大的兩種方法： 一是添加少量晶粒長大抑制劑，如 VC、 Cr2C TaC等。 二是縮短燒結(jié)時間。 研究發(fā)現(xiàn)，將 WC10Co在 1400℃ 燒結(jié)，時間從30s延長到 60s， WC晶粒就從 ?m長大到 2?m，增加了一個數(shù)量級 . 縮短燒結(jié)時間抑制 WC晶粒的長大更為有效。 探索新的快速燒結(jié)方法已成為納米硬質(zhì)合金制備的緊迫任務(wù) 。 微波燒結(jié) 利用波能使原子產(chǎn)生振蕩，使原子間產(chǎn)生摩擦而發(fā)熱。該方法的特點(diǎn)是有很高的升、降溫速度，且受熱均勻，能避免因熱傳導(dǎo)而導(dǎo)致制品外部過熱產(chǎn)生晶粒長大。燒結(jié)時由于快速跳過表面擴(kuò)散階段，使晶粒來不及長大就完成了燒結(jié)致密化。 與普通燒結(jié)產(chǎn)品相比，微波燒結(jié)的硬質(zhì)合金有如下優(yōu)點(diǎn)：（ 1）孔隙度低。普通燒結(jié)的 WC6Co合金最終會有 7%左右的閉孔孔隙，而微波燒結(jié)的硬質(zhì)合金只有 1%；（ 2）產(chǎn)品具有更細(xì)和更均勻的顯微結(jié)構(gòu)，因而硬度、抗彎強(qiáng)度和矯頑磁力均獲得提高；（ 3）使用壽命長。如銑削 GG25鑄鐵時，微波燒結(jié)刀片和普通燒結(jié)刀片的切削長度分別為4250mm和 2022mm。 等離子體活化燒結(jié) 它利用開關(guān)直流脈沖電壓在粉末顆粒間或空隙內(nèi)產(chǎn)生瞬間的高溫等離子體（等離子體是一種高溫、高活性離子化的電導(dǎo)氣體，它能產(chǎn)生 4000~10000℃ 的高溫），迅速消除粉末顆粒表面吸附的雜質(zhì)和氣體，促使物質(zhì)產(chǎn)生高速度的擴(kuò)散和遷移，在較低溫度和較短時間內(nèi)完成燒結(jié)。 等離子活化燒結(jié)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（ 1）升溫速率非?？?，可達(dá) 100℃ /s；（ 2）燒結(jié)后的產(chǎn)品晶粒比其它方法小一個數(shù)量級；（ 3）燒結(jié)幾分鐘即可達(dá)到98%以上的致密度；（ 4）燒結(jié)時，粉末中一般不必添加任何粘結(jié)劑，也無需預(yù)先進(jìn)行壓片處理，簡化了工藝；（ 5）燒結(jié)后的材料具有較高的力學(xué)性能。 四、納米硬質(zhì)合金的性能 ? 工藝性能好（如燒結(jié)溫度低） ? 高硬度 ? 高矯頑力 ? 高韌性 ? 長的使用壽命 表 1 由 DOW 公司超細(xì)、亞微細(xì)和細(xì) WC 粉制備的零件的典型性能 DOW 超細(xì) （ 0. 2 um ） DOW 亞微細(xì) (0. 4um ) DOW 細(xì) (0. 8um ) 成分 6%Co, 0. 6%VC 6%Co, 0. 6%VC 6%Co, 0. 2%VC 燒結(jié)溫度 ( ℃ ) 1380 1410 1440 燒結(jié)時間 (h) 1 1 1 密度 (g /cm3) 14. 81 14. 85 14. 90 硬度 (HV30) 2100 2022 1790 洛氏硬度 (HRA) 94. 4 93. 8 92. 8 矯頑力（ Oe ） 580 500 310 斷裂韌性 8. 73 8. 87 9. 30 收縮（ % ） 20. 8 19. 8 18. 9 納米 WCCo硬質(zhì)合金硬度與晶粒關(guān)系 納米級與微米級 WCCo合金裂紋擴(kuò)展阻力 正是由于納米硬質(zhì)合金高硬度和高韌性的組合，使得它的使用壽命得以大幅度提高。 ? 用納米 WCCo制備的鉆頭，在用于加工印刷電路板方面比普通鉆壽命高 2~3倍。 ? 美國 RTW公司用 (商品名稱為 Nanocarb)納米WCCo復(fù)合粉制造印刷電路板鉆頭與標(biāo)準(zhǔn)型硬度鉆頭對比，在同樣鉆孔 5000小時后，標(biāo)準(zhǔn)鉆頭磨損 ，而 Nanocarb鉆頭僅磨損 。 謝謝 !!
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