PDF《熔盐法制备 Mo2C 改性低密度 C/C 复合材料 及其机理研究》

第46 卷第4期稀有金属材料与工程 Vol.

46, No.4

2017 年4月RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING April

2017 收稿日期:2016-04-20 基金项目:国家自然科学基金(51004117) ;

中南大学中央高校基本科研业务费专项资金(2013zzts024) ;

中南大学粉末冶金国家重点实 验室开放课题基金 作者简介:周文艳, 女,

1988 年生, 博士, 中南大学粉末冶金国家重点实验室, 湖南 长沙 410083,

电话: 0731-88877700, E-mail: [email protected] 熔盐法制备 Mo2C 改性低密度 C/C 复合材料 及其机理研究 周文艳,易茂中,彭可,冉丽萍,葛毅成 (中南大学 粉末冶金国家重点实验室,湖南 长沙 410083) 摘要: 采用熔盐法对低密度 C/C 复合材料进行 Mo2C 改性, 分析 Mo2C 形成机理以及熔剂组成和反应温度对制备 Mo2C 改性 C/C 复合材料的影响,研究了 Mo2C 改性对 C/C 复合材料微观组织结构的影响.结果表明:仲钼酸铵与 C 反应生 成Mo2C 的过程主要由

3 个阶段组成:仲钼酸铵分步分解为 MoO3,MoO3 还原为 MoO2,MoO2 与C反应生成 Mo2C;

适宜的反应参数为: 以LiCl-KCl 为熔剂, 反应温度为

1000 ℃;

Mo2C 颗粒在 C 相表面形核后首先形成花状聚集的 Mo2C 涂层,并随反应温度提高最终形成完整的 Mo2C 层;

Mo2C 与C界面结合良好,生成 Mo2C 过程的催化石墨化和应力石 墨化作用使基体炭的有序度提高. 关键词:Mo2C;

改性;

熔盐法;

形成机理 中图法分类号:TB332 文献标识码:A 文章编号:1002-185X(2017)04-0961-05 炭/铜(C/Cu)复合材料同时具备了炭的自润滑性 能和铜的高导电、高导热性能,广泛应用于电机电刷 及电力机车受电弓等方面[1] .但是,Cu 与C不润湿、 不互溶亦不发生化学反应[2] , 导致传统 C/Cu 复合材料 中Cu 与C两相间界面结合差,因此其力学和导电性 能均较差.当受电弓应用于高速列车导电系统时,要 求材料具有较高的强度和刚度以保证设备的正常运 行.炭/炭复合材料由于具有低密度、高比强度以及优 良的摩擦磨损性能而越来越受到人们的重视[3,4] .将低 密度 C/C 复合材料与金属 Cu 复合, 制备的 C/C-Cu 复 合材料可综合炭/炭复合材料的自润滑、耐磨损特性和 铜的高导电、导热性能,同时其综合力学性能与传统 C/Cu 复合材料相比有大幅提高[5,6] . 此外,热核聚变反应堆中采用碳基材料(石墨、 炭/炭复合材料)作为面向等离子体部件,反应堆的结 构设计中需要将面向等离子体部件与 Cu 合金散热器 连接.为实现 C 与Cu 的连接通常采用的方法是对炭 材料表面进行涂层改性处理,将不润湿的 Cu/C 界面 转化为 C/改性层界面与润湿的 Cu/改性层界面[7] . 综上所述,为了实现 Cu 与C/C 复合材料的复合 及二者间的连接, 均需对 C/C 复合材料进行基体改性. Mo 及其碳化物涂层与 Cu 有良好的润湿性,近年来成 为改善铜与炭润湿性的研究热点,常用的制备方法有 等离子体处理、物理气相沉积和料浆法等[7-9] .然而以 上方法仅适用于在 C/C 复合材料表面制备涂层,而不 能实现 C/C 复合材料基体改性. 因此,本研究采用熔盐法,以仲钼酸铵为反应物, 制备 Mo2C 改性低密度 C/C 复合材料,研究 Mo2C 的 形成机理以及熔剂类型和反应温度对制备 Mo2C 改性 C/C 复合材料的影响, 为实现熔渗制备 C/C-Cu 复合材 料以及 C/C 与Cu 的连接提供理论和实验基础.

1 实验以炭纤维针刺整体毡(密度为 0.45~0.5 g/cm3 )为 预制体,经过 CVI(chemical vapour infiltration)增密 工艺制备密度为 1.40 g/cm3 的C/C 复合材料坯体.将C/C 坯体破碎、 研磨后获得的粉末与仲钼酸铵按摩尔比 为10:1 的比例混合均匀后, 利用 NETZSCH STA409PC 同步热分析仪分别记录纯仲钼酸铵和仲钼酸铵/C 混合 粉末样品的差热-热重 (DSC-TG) 曲线,测试温度由室 温至