LaB6-ZrB2共晶合金的組織與性能.pdf

1、六硼化鑭(LaB6)由于低功函數、高熔點、強耐離子轟擊性，而被認為是具有優(yōu)越熱電子發(fā)射性能的陰極材料，然而B-B共價鍵的存在，使得LaB6非常脆，嚴重的限制了其進一步的工程化應用。研究表明:通過在LaB6基體中添加具有高彈性模量的MeB2，形成LaB6-MeB2共晶復合材料，不僅能夠提高材料的力學性能，而且能夠改善La原子的擴散速率，因此是一種非常具有應用前景的結構功能一體化復合材料。本文結合放電等離子燒結技術和光學區(qū)熔技術，制備了高性

2、能的LaB6-ZrB2共晶復合材料，系統(tǒng)的研究了不同工藝條件下材料的微觀組織結構、力學性能及熱發(fā)射性能。
　　采用放電等離子燒結技術制備了大尺寸LaB6-ZrB2共晶復合材料，考察了溫度對材料的致密度、微觀組織、力學性能的影響規(guī)律，發(fā)現隨著燒結溫度增加，材料的致密度、硬度逐漸增大，斷裂韌性呈現先增大后減少的趨勢。最佳的工藝參數為:燒結溫度T=1900℃、保溫時間t=5 min、燒結壓力位40 MPa，該工藝下，LaB6-ZrB2共

3、晶復合材料的致密度為98.97％，硬度為19.52 GPa，斷裂韌性為2.79MPa·m1/2。為了進一步降低燒結溫度和提高燒結性能，在LaB6-ZrB2二元合金的基礎上通過添加TiB2促進燒結致密化，TiB2和ZrB2形成了固溶相活化了晶格大大降低了燒結溫度，在1800℃燒結的樣品達到了較好的性能，斷裂韌性為4.43 MPa·m1/2，相對于二元合金斷裂韌性提高了59％。
　　在放電等離子基礎上，采用光學區(qū)熔制備了全致密、高質量

4、的LaB6-ZrB2共晶復合材料，研究了凝固速率對材料的微觀組織和性能的影響規(guī)律，結果表明:
　　當凝固速率為50-300mm/h時，LaB6和ZrB2形成了共晶兩相相互耦合生長的均勻組織，ZrB2纖維的直徑和間距都隨著抽拉速率的增加而減小，在不同凝固速率下的抗彎強度都較高，在100mm/h時達到809.04 MPa;材料的維氏硬度和斷裂韌性橫截面和縱截面上呈現出各向異性:橫截面上，硬度為21.15 GPa，斷裂韌性為3.8 MP

5、a·m1/2，在縱截面上硬度為22.16 GPa，裂紋沿著纖維方向測試的斷裂韌性為3.6 MPa·m1/2，垂直于纖維方向斷裂韌性為8.6 MPa·m1/2。LaB6-ZrB2復合材料具有很好的導電導熱性，電阻率測試溫度從室溫15℃至350℃時，電阻率和溫度成正比關系，相較于LaB6電阻率降低至原來的一半;導熱系數隨著溫度升高而降低，在同樣溫度下，相較于LaB6導熱系數提高了約一倍。LaB6-ZrB2復合材料中LaB6基體100晶體取向