强化金属钨基复合材料

金属基复合材料越来越受到人们的广泛重视，其增强体一般为颗粒、晶须(或短纤维)和纤维。金属基复合材料较其基体合金而言，具有高的比强度、比刚度、较高的高温强度。其制备方法主要有粉末冶金烧结法和铸造法(注射成型)。

对于金属钨，由于其高的熔点(约为3410℃)和高的高温力学性能 而在高温环境下得到广泛应用。但钨的强度会随温度的升高而显著下降，并且在一些特殊高温环境中，要求材料有良好的高温强度、耐烧蚀性能、抗氧化性能和低的热导率，因而单一金属钨构件难以应用于这些环境下。

近来，有学者以复合碳化物颗粒作为钨的增强体，加入到钨基体中，形成复合碳化物颗粒增强钨基复合材料，其中钨为基体。搀杂物可以是Na、K等元素；另外可以在钨中加入少量的ThO₂、HfC、Y₂O₃等弥散颗粒，对钨形成弥散强化。强化金属钨基复合材料的步骤是：

1、将粒径约为2～3μm、纯度98％以上的复合碳化物4TaC·ZrC粉末与平均粒径约为3.5μm、纯度99％以上的钨粉按体积百分比：4TaC·HfC∶W＝30∶70进行配比；

2.将复合碳化 物粉末与钨粉混合均匀，混合方式为湿混，混合介质为乙醇、丙酮等，可以加入钢球或陶瓷球(氧化铝球或氧化锆球等)以提高混合效率，将混合粉末和混合介质放于塑料筒中或钢筒中进行混合，混合时间为2～36小时；

3.混合后再在烘干箱中烘干，同时蒸发掉乙醇或丙酮的混合介质，并除去钢球或陶瓷球等；4.将混合均匀的粉末，先在室温下冷压成型，而后热压烧结，也可不经冷压成型直接热压烧结，烧结温度为1900℃～2300℃， 加压方式为单向或双向加压，施加压力为15～45MPa，烧结保温时间为 0.5～5小时，烧结气氛为氢气、氩气、氮气或真空。

上述方法可以用于制作弱氧化性气氛下短时间工作的超高温环境下的一些零部件，也可以用于制造还原气氛下或真空下高温环境中使用的一些零部件，如高温模具、夹具等。经测试，所得金属钨基复合材料的致密度为90～95％。室温下的三点弯曲法测试的抗弯强度为700MPa左右，用 边切口梁法测试的断裂韧性为9MPa·m1/2，复合材料在1000℃时的三点弯曲抗弯强度约为800MPa。在1200℃时的拉伸强度大于300MPa。

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