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ζ相碳化物多型体行为及其对Ta4C3-x-Cu/Ag复合材料微结构调控和力/热/电综合性能的影响

批准号:
52062001
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
36.0 万元
负责人:
刘利盟
依托单位:
学科分类:
结构陶瓷
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘利盟

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
ζ-Ta4C3-x具有极高熔点(接近4000°C)、很好的抗弯强度、断裂韧性、电导率、热导率和抗烧蚀能力,可作为功能第二相与Ag、Cu等金属复合,制备接触电阻低而稳定、抗熔焊、抗烧蚀、抗磨损和耐疲劳等综合性能优良的电触点材料。本项目拟采用粉末冶金法制备Ag/ζ-Ta4C3-x和Cu/ζ-Ta4C3-x两类复合材料,深入研究ζ-Ta4C3-x反应规律和ζ相晶体结构多型体转变问题,揭示ζ-Ta4C3-x晶粒形貌演变对复合材料组织结构调控的影响规律,揭示材料成分、制备工艺及电弧损伤对复合材料力/热/电学性能的影响规律,拓展Ta-C陶瓷材料应用领域,为新型电触点材料研发提供理论及试验依据。
英文摘要
This project is based on excellent high-temperature ablation resistance (hence good arc erosion resistance) and non-formation of oxide scale (hence low and stable contact resistance) of TaC ceramics, which indicates an interesting potential for Ag/ζ-Ta4C3-x and Cu/ζ-Ta4C3-x composites as electrical contact materials. Therefore, two types of Ag/ζ-Ta4C3-x and Cu/ζ-Ta4C3-x composites will be prepared by powder metallurgy. Systematic researches will be carried out on issues that are involved in electrical applications of the composites and stability of the ζ-Ta4C3-x phase. Possible polytypes of ζ-Ta4C3-x will be searched by altering stacking of the Ta atom layers and positioning of the C atoms in the octahedral interstice. Reaction processes ofζ-Ta4C3-x from TaC+Ta powder mixture and its effect on microstructural evolution due to ζ-Ta4C3-x laminate growth will be clarified. Mechanical, thermal, and electrical properties of the Ag/ζ-Ta4C3-x and Cu/ζ-Ta4C3-x composites will be investigated to comprehensively illustrate influences of composition, processing and arc erosion. Completion of the project will provide insight into a new electrical contact material system of Ag/ζ-Ta4C3-x and Cu/ζ-Ta4C3-x, and thus open a new feasible field for TaC applications.
ζ-Ta4C3-x陶瓷具有熔点高、接触点阻低、力学性能好等优点,作为电触点材料其抗熔焊、抗烧蚀、抗磨损、抗疲劳等综合性能可能超过WC触点材料。本项目采用固相反应法制备ζ-Ta4C3-x及复合材料,结合第一原理计算,研究ζ多型体结构、相变及物化性能随成分和制备工艺条件的变化规律,探讨其作为电触点材料使用的可能性。 .(1)使用MS软件构建立方c-TaCy、菱方ζ-Ta4C3-z和六方h-Ta2C晶胞,从现象学角度解释了Ta-C相变与晶胞结构的关系。采用从头算的方法研究常压0K条件下不同成分Ta-C化合物的稳定性。结果表明Ta6C5(C2/m)、Ta2C(P-3m1)是能量最低构型,TaC(Fm-3m)、Ta4C3(R-3m)能量稍高,但生成焓的差别很小(-0.635~-0.617 eV/atom)。从化学键角度揭示了C/Ta化学计量比对Ta-C材料力学性能的影响。.(2)在TaCx-mCu/Ag(x=0.66-0.7,m=5-30 mol%)复合材料中发现晶内局部Ta原子面排列失序而生成含有ζ-Ta4C3-z、c-TaCy和h-Ta2C结构的“混合相晶粒”。Ta+C、TaC+C反应过程中,ζ-Ta4C3-x不能直接生成,而是经历“混合相晶粒”阶段间接生成。ζ相生成激活能比Ta2C高。测算B、C等元素在过渡族金属化合物中的扩散激活能。 .(3)揭示了TaC0.6/Cu复合材料中ζ-Ta4C3-z晶粒生长的两种机制。h-Ta2C、c-TaCy和z-Ta4C3-x存在固定的取向关系。ζ-Ta4C3晶粒大小受母相TaCy和Ta2C的限制。 .(4)研究TaCx-M(x=0.5、0.55、0.6、0.66、0.7;M=Al、Fe、Co、Ni、Cu、Ag)复合材料中不同金属对z-Ta4C3-x晶粒生长及力学性能的影响,揭示了“混合相晶粒”的自韧化效应。在Ta2C晶内生长Ta4C3-x板条,抗弯强度(714MPa)和断裂韧性(13.9MPa·m1/2)可与Ta4C3-x相当。 .(5)TaC、Ta、B、C等粉末中的O杂质明显影响TaC、TaB2陶瓷中的次要相种类和含量,研究了相关机理。.(6)ζ-Ta4C3-x/Cu(Ag)复合材料电阻率、抗氧化性能研究。电阻率随Cu添加量的增加而稳定降低,30mol%Cu成分电阻率0.29μΩ·m。添加Al显著提高TaCx陶瓷的氧化抗力。
电流作用下ZrB2晶粒的择优取向生长行为及其机理
  • 批准号:
    51662001
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    40.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    刘利盟
  • 依托单位:
国内基金
海外基金