作爲(wèi)一種典型的過(guò)渡金屬硼化物,二硼化鎢(WB2)是一種新型的超硬材料,具有高熔點(diǎn)、高硬度(硬度大于或等于40GPa)、高電導(dǎo)率和優(yōu)良的耐磨性等特點(diǎn),因而廣泛應(yīng)用于高溫結(jié)構(gòu)材料、耐火材料、電極材料等領(lǐng)域。

WB2晶體結(jié)構(gòu)圖(圖源:曹曉舟/無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào))
從生産工藝上來(lái)看,WB2粉末的生産方法有化學(xué)氣相沉積法、元素合成法、浮區(qū)熔煉法、熔鹽電解法和自蔓延燃燒合成法。而WB2粉末經(jīng)過(guò)無(wú)壓燒結(jié)法,即可制得硼化鎢陶瓷。WB2陶瓷的生産步驟爲(wèi):將硼粉與鎢粉按比例均勻混合後,在鋼制模具中100MPa壓力下壓制成型得到素坯,接著將素坯置于石墨坩堝中,後放于真空碳管爐中加熱,保溫和冷卻,冷卻後研磨成WB2粉體,將WB2粉體置于鋼制模具中壓制成型,最後在真空燒結(jié)爐中以10℃/min的升溫速率升溫至目標(biāo)溫度保溫2h進(jìn)行無(wú)壓燒結(jié),即可得到最終産品。

WB2粉體微觀形貌圖(圖源:曹曉舟/無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào))
研究表明,隨著燒結(jié)溫度的升高,WB2陶瓷中的氣孔會(huì)越來(lái)越少,緻密化程度越來(lái)越高,則抗彎強(qiáng)度和硬度都會(huì)隨之增強(qiáng)。隨著燒結(jié)溫度的升高,WB2陶瓷的顯氣孔率越來(lái)越小,而相對(duì)密度越來(lái)越大,這是由于高溫?zé)Y(jié)過(guò)程主要依賴(lài)于高溫下原子間相互擴(kuò)散,燒結(jié)溫度升高,擴(kuò)散加劇,粉末顆粒間接觸面增加,材料本身的體積擴(kuò)散與傳質(zhì)過(guò)程更加充分,顆粒間位置進(jìn)行重排,顆粒間由弱的范德華力連接變爲(wèi)較強(qiáng)的晶體接觸,使得氣孔排出,因此氣孔率降低,同時(shí)相對(duì)密度增大。