硼化钨材料的制备与性能研究

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1、万方数据AThesisinEnvironmentalScienceIUlllllllIlIJIIll[dIllIlllIJIIIJO19459StudyonPreparationandPropertiesofTungstenBorideMaterialByShiLihanSupervisor：AssociateProfessorYangHeLecturerCaoXiaozhouNortheasternUniversityJune2012万方数据独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的

2、地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢=亡巴思。学位论文作者签名：娥日期：砂h了’工学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年口一年0一年半口学位论文作者签名：史

3、钕签字日期：切1-．，7、≯两年口导师签名：签字日期：稿舍沙l’，-7、≥f万方数据东北大学硕士学位论文摘要硼化钨材料的制备与性能研究摘要本实验采用元素合成法制备W285粉体，并通过添加Ni为烧结助剂烧结制备W285材料，考察了烧结助剂添加量及烧结温度对w285材料显微组织结构及室温力学性能的影响，评价了w285材料高温抗氧化性能及硼化钨复合材料的中子屏蔽性能，初步研究了自蔓延冶金法制备硼化钨粉体。本研究将对硼化钨材料的研制有着重要意义，为探索硼化钨材料基本性能并将其用于冶金、建材、核电、医疗、航空、国防等领域提供必要的实验数据与技术支撑。

4、选用W、B单质为原料，采用元素合成法制备W285粉体。首先对反应系统地进行热力学计算及W-B二元相图分析；其次实验结果表明：通过XRD分析可知，W：B=I：2．5，在1500。C下保温lh可以合成纯净的W285粉体，W-B体系的传质方式受控于1500。C高温下B原子向W原子的扩散。选用Ni为烧结助剂高温烧结制备W285材料，系统地研究了烧结助剂添加量及烧结温度对材料烧结性能的影响。实验结果表明：Ni的加入及烧结温度的提高有助于材料体积收缩、降低材料气孔率及提高材料的相对密度，当Ni添加量为3wt％，1500℃高温下烧结时，材料的体积收缩率、

5、气孔率及相对密度均达到最佳，依次为44．56％、2．87％及95．48％。XRD表明无添加剂加入时有助于W285材料的制备，当Ni加入后，检测产物依然仅为W285，并未检测出Ni。Ni的添加量及烧结温度对颗粒尺寸及形貌有很大影响，当无烧结助剂加入，1500℃下烧结时，材料的颗粒约为llam的准球状，颗粒间疏松多孔，随着Ni的添加，颗粒生长为6．10pm的针棒状，且颗粒间紧密结合；同时随烧结温度的提高，材料颗粒间孔洞减少，颗粒尺寸长大，1500℃时，SEM观察表明Ni能够均匀地分散在W285基体之间。随着Ni的加入及烧结温度的提高，w285材

6、料的室温力学性能增强，当Ni添加量为3wt％，1500℃高温下烧结时，材料的抗弯强度及维氏显微硬度均达到最佳，依次为240MPa及2563．06MPa，材料抗弯强度断口SEM观察表明为穿晶断裂，且弥散状Ni填充在W285基体之间。W285材料氧化行为实验中，热力学计算结果显示，W285材料在1000．1200。C会被空气氧化，随着氧化温度的升高，氧化反应更容易发生。差热．热重测试表明，W285材II万方数据东北大学硕士学位论文摘要料在750．800。C开始被氧化，氧化温度低于1000℃时，氧化反应进行的很缓慢。氧化动力学及氧化产物的XRD、

7、SEM分析显示，W285材料氧化后产物为W03和B203，不同温度下，材料的氧化方式不同。1000．1100。C时，生成的液态B203覆盖在球状W03周围，形成稳定的保护膜，阻止了氧化反应的进一步发生，此时，氧化速率受氧化层中元素扩散控制；1200。C时，液态B203汽化挥发，促进W03尺寸生长，氧化层厚度增加至1201am，且出现部分氧化层脱落的现象，此时，氧化速率受氧化界面上化学反应控制。W285材料的氧化激活能为93．07kJ／mol。对硼化钨复合材料的中子屏蔽性能测试结果显示，随着硼化钨含量的增加，材料的中子屏蔽性能呈线性增强，当硼

8、化钨含量为70wt％时，材料的中子屏蔽率达到93．2％。初步探讨了白蔓延冶金法制备硼化钨粉体，Mg．B203．W体系绝热温度计算表明，体系绝热温度L=2987K>1800K，说明