低膨胀ZrW2O8/Al复合材料制备与性能研究

作     者：孟庆宇 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张强

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：ZrW2O8/Al 铝基复合材料 低膨胀 构型 退火 

摘      要：航空航天、精密仪器等领域由于环境温区变化大或尺寸变化敏感,使得低膨胀金属材料具有很大的应用价值。传统的低膨胀材料如Invar合金等密度大(8.1g/cm),低膨胀区间窄(-200℃),严重限制其使用条件。本文设计制备具有构型的负膨胀连通结构,配合轻质铝合金基体,获得宽温区低膨胀铝基复合材料。本文通过固相反应法制备了ZrWO,研究了温度、配比、烧结次数等条件对ZrWO合成制备的影响,并优化工艺制备出高纯ZrWO。ZrWO的热稳定性研究表明,随着温度的升高,保温时间的增加,ZrWO的分解量逐渐增加。随后采用压力浸渗法制备出了三种具有不同构型的复合材料——弥散分布型、骨架连通型和颗粒连通构型复合材料。XRD的结果显示54%体积分数的颗粒连通型复合材料中γ-ZrWO的含量为30%,55%体积分数的弥散分布型复合材料中的γ相含量为48%,表明构型能够有效降低复合材料中γ相的含量。在此基础上,进一步研究了退火对复合材料相组成的影响。通过多次退火的方式可以使复合材料中的其γ-ZrWO进一步降低。XRD结果显示经过退火后54%体积分数的颗粒连通型复合材料,完全消除了的γ-ZrWO。55%体积分数的弥散分布型复合材料,在退火后有20%体积分数的γ-ZrWO剩余。具有构型的铸态复合材料与弥散分布的铸态复合材料相比含有较少的γ-ZrWO,因而,其热膨胀系数相对较低。在经过退火后,其γ相的含量进一步降低,从而使得低热膨胀性能得到进一步的优化。退火后的颗粒连通型ZrWO/Al复合材料具有在长温度区间(-30-200℃)的低热膨胀系数,其中体积分数为61%、64%、65%体积分数的复合材料热膨胀系数分别为2.28×10K,1.51×10K,1.27×10K。这是由于具有构型的复合材料能够分散应力,含有更多低膨胀系数的α-ZrWO从而表现出了更低的热膨胀系数。