湖南兴晟新材料科技有限公司

服务热线:0731-28100884

HUNAN XINGSHENG NOVEL MATERIALS TECHNOLOGY CO.,LTD
新闻中心News Center 
TaC复合材料
来源: | 作者:travel-100 | 发布时间: 2022-03-18 | 575 次浏览 | 分享到:
金属基复合材料因其特有的高比强度、高比模量、耐磨和耐高温等优势而受到各国材料领域科学家的广泛关注。关于金属基复合材料的研究主要集中在整体均匀复合, 但由于磨损只发生在零件表面,整体复合不利于材料的回收和再利用,对环境造成污染。另一方面,许多研究表明,耐磨材料需要同时具有高硬度和高韧性, 而整体复合只提高了硬度,却不能使韧性得到改善,而金属-陶瓷复合材料既保持了陶瓷的高硬度、高耐磨性等优良性能,又具有金属基体的高韧性、高延展性。


编辑 播报

宏观组织

试样在1160℃保温1 h 反应形成TaC/ Fe 梯度复合材料。宏观观察发现:反应层梯度明显、过渡均匀,与基体结合良好,无明显的剥落现象。整个扩散反应过程反应区厚度约为1180μm, 试样主要有四层, 分别是A层、B 层、C 层和基体。

组织成分

对复合材料试样进行XRD 分析。反应区存在α-Fe、TaC、G(石墨)三相,不存在Fe、Ta 中间相及Ta2C,可见在该温度下扩散反应很充分,有大量的C 扩散并参与反应。

对反应区域长方体颗粒及正方体颗粒进行点能谱分析。分析结果显示,方形颗粒相中除Ta、C 外,还存在少量的Fe。Ta 原子与C 原子百分比接近1∶1。这主要是因为生成物Ta 及TaC能溶入奥氏体中, 在随后的冷却过程中析出形成TaC,而部分Fe 仍嵌在其中,所以检测出少量Fe。综合判断认为长方体和正方体颗粒均为TaC, 而没有中间产物Ta2C。

微观组织

TaC 表面梯度复合材料进行微观组织形貌分析。分别是TaC梯度复合材料宏观组织的A 层、B层和C 层的微观组织形貌。A 层的颗粒团聚紧密,反应均匀,完全未分散形成颗粒。颗粒大小在纳米级, 因此称此反应层为纳米TaC 层;B 层已出现方形颗粒雏形,颗粒连接交织,未分散。其大小在微米级范围内, 因此称此反应层为微米TaC 层;C层颗粒处于与基体结合处, 各颗粒之间被条状珠光体组织分隔,使其界限清晰可见,并且颗粒在反应区边缘完全分散,因此称此反应层为TaC 分散层 [2]  。

显微硬度

编辑 播报

TaC 表面梯度复合材料从表面到基体进行了显微硬度的测试。从表面开始每隔50μm 进行一次显微硬度测试,从其测试出的硬度值分布中可以看出:TaC 表面梯度复合材料的表面显微硬度值最高达2123HV0.02, 其中纳米TaC层显微硬度为1980~2025HV0.02, 微米TaC 层显微硬度为1750~2010HV0.02,TaC 分散层显微硬度为1640~1710HV0.02, 其TaC 层随距表面距离的增加,其显微硬度呈现降低的趋势,但其显微硬度仍可达到灰口铸铁基体的5.5~7.0 倍。

反应过程

编辑 播报

根据实验过程中产物的形态和分布, 建立钽板在铸铁基体中的液固反应过程模型。模型分为以下几个步骤: 反应初期、反应生成熔融[TaC]、反应生成TaC、反应生成TaC 分散层和完全反应。

从反应模型中可知, 在反应过程中基体中的原子需穿过基体层才能到达界面反应处。其反应的过程为:反应初期C 原子通过扩散到达Ta 板表面,与Ta 板表面熔融的[Ta]结合;由于Ta 对C 有极强的亲和力,当Ta、C 相遇时发生原位反应生成[TaC]共熔体;基体中的C 继续扩撒与[TaC]共熔体结合,当其浓度在熔体中达到饱和时析出碳化物TaC 颗粒,形核长大,而未与共熔体[TaC]结合的C 则继续向Ta 板表面扩散,与Ta 板表面熔融[Ta]进行原位反应生成[TaC]共熔体;由于TaC 的晶形属于面心立方,C 因其比面心立方中四面体空隙和八面体空隙都小的优势,可通过TaC 层扩散至[TaC]共熔层,与[TaC]共熔体发生原位反应生成TaC 颗粒,同时C也扩散至已经形核长大的TaC 颗粒中,使其完全分散;C 可以通过TaC 分散层、TaC 层、[TaC]共熔体层不断的与Ta 板表面熔融[Ta]原位反应,直至Ta 板完全反应。简而言之,钽与碳之间的原位反应过程经过了溶解-扩散-原位反应-再扩散的过程 [3]  

总结

编辑 播报

(1) 用Fe 作为基体,Ta 板作为增强相,在1160℃下保温1 h 利用铸造-热处理工艺成功地制备了TaC 表面复合材料。

(2) 原位复合方法制备的TaC 表面复合材料可形成明显的梯度变化,其颗粒呈现出从小到大的分布, 根据其颗粒大小分为TaC 纳米层、TaC 微米层和TaC 分散层,且每层的结合处过度均匀;反应层与基体结合处形成了良好的冶金结合。

(3) TaC 层的显微硬度最高值达到2123HV0.02,并且随距表面距离的增加,呈现降低的趋势,但仍可达到铸铁基体的5.5~7.0 倍。

(4) 初步机理分析认为, 钽与碳之间的原位反应过程经过了溶解-扩散-原位反应-再扩散的过程 [3]  


硅基半导体制程系列

2~4寸多片石墨盘

4寸多片石墨盘

6寸多片石墨盘

Skirts 

PECVD舟架

ICP刻蚀盘

碳化硅基半导体制程系列

SiC单晶生产TaC涂层坩埚

TaC涂层托盘

TaC涂层喷管

TaC涂层隔热

Solid SiC 盘、环

Solid SiC 载片器

4寸多片石墨盘CVD SiC涂层)

6寸石墨盘CVD SiC涂层)

PECVD舟架CVD SiC涂层)

SiC芯片外延成套石墨零部件(CVD SiC涂层)CVD SiC涂层石墨发热体

SiC陶瓷刻蚀盘(CVD SiC涂层

光伏制程系列

SiC涂层C/C导流筒

SiC涂层C/C坩埚

SiC涂层C/C盖板

SiC涂层C/C隔热屏

PECVD舟架

CVD SiC涂层石墨片(C/C片

航天航空抗烧蚀涂层材料

SiC涂层抗氧化耐烧蚀材料

TaC涂层超高温耐烧蚀材料

HfC涂层超高温耐烧蚀

ZrC涂层超高温耐烧蚀 

LED、Micro/Mini LED制程系列

2~4寸多片石墨盘

4寸多片石墨盘

6寸多片石墨盘

Skirts 



                               湘ICP备2022004527号