機(jī)械合金化方法制備碳化物的研究.pdf

1、機(jī)械合金化技術(shù)作為一種制備新型材料的有效方法已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用,利用該方法可以獲得常規(guī)條件下很難合成的具有獨(dú)特性能的一些新型材料。利用機(jī)械合金化誘發(fā)的化合反應(yīng),人們已經(jīng)應(yīng)用成功制備了包括難熔碳化物在內(nèi)的許多新材料。但是,一直以來,研究人員的重點(diǎn)主要集中在材料的合成和性能提高上,而相對(duì)忽略了對(duì)機(jī)械合金化過程和機(jī)理的分析。本文主要對(duì)機(jī)械合金化技術(shù)在碳化物制備中的應(yīng)用進(jìn)行了研究并對(duì)不同工藝對(duì)于球磨效果的影響及球磨過程和機(jī)理進(jìn)行了探討。實(shí)驗(yàn)設(shè)

2、備是行星式高能球磨,實(shí)驗(yàn)用的原料有金屬元素粉末、氧化物和石墨等,原料按照一定配比混合裝入密封球磨罐中,在球磨不同的時(shí)間之后,進(jìn)行取樣分析。主要的分析手段是X射線衍射和掃描電鏡。首次在室溫情況下利用行星球磨機(jī)對(duì)V2O5、Mg和石墨三者為反應(yīng)物進(jìn)行球磨,得到了晶態(tài)碳化釩。對(duì)比WO3-Mg-C和V2O5-Mg-C這兩個(gè)反應(yīng)體系發(fā)現(xiàn),V2O5-Mg-C體系是一個(gè)自蔓延高溫合成反應(yīng),從反應(yīng)物到產(chǎn)物的相變是在一個(gè)很短的時(shí)間內(nèi)完成的。在本實(shí)驗(yàn)條件下,

3、反應(yīng)的觸發(fā)時(shí)間在球磨24小時(shí)到24.5小時(shí)之間。當(dāng)球磨產(chǎn)物VCx在高于750℃的溫度下面退火1小時(shí)之后,就轉(zhuǎn)變成為V8C7。VCx和V8C7都是NaCl型晶體結(jié)構(gòu),VCx晶體中的C空位是隨機(jī)分布在晶格中的,而VCx退火后形成的V8C7其C空位卻是有規(guī)律地排列的。并首次證明從VCx到V8C7的相變只是一個(gè)空位有序化的相變。 W50C50在高能球磨機(jī)下球磨,在不同的球磨時(shí)間下進(jìn)行觀察,部分碳原子以間隙原子的形式進(jìn)入溶劑金屬的晶格中,形成間隙

4、型固溶體。在整個(gè)球磨過程中,W晶粒在一直減小,而其點(diǎn)陣參數(shù)則是先減小后增大,這是由于碳原子逐漸從W的缺陷、表面和界面處向其點(diǎn)陣內(nèi)部擴(kuò)散而形成固溶體的緣故。比較了濕法球磨與干法球磨的球磨效果,兩者之間的球磨效果在球磨初始階段相差不大,但是隨著球磨時(shí)間的延長,濕法球磨的球磨效果就比不上干法了,這是由于液體的潤滑作用減小了原料與球磨介質(zhì)及原料相互之間的摩擦,而剪切摩擦是顆粒粒度較細(xì)的情況下減小顆粒粒度的主要手段。首次使用了碳納米管作為碳源與W

5、進(jìn)行球磨,隨著球磨時(shí)間的延長,球磨產(chǎn)物中的非晶相越來越多,但沒有生成期望得到的WC或W2C等新相,這說明浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文向WC轉(zhuǎn)變的要求越過較高的勢(shì)壘,而球磨能量不足以誘發(fā)反應(yīng)的發(fā)生,機(jī)械合金化反應(yīng)過程不光受到熱力學(xué)因素的影響,還受到動(dòng)力學(xué)因素的控制。對(duì)WO3一Mg·Wo3一VZOS一Mg、WO3一Mg一e、ero3一Mg一e等幾個(gè)不同的反應(yīng)體系球磨進(jìn)行觀察,這些反應(yīng)體系都發(fā)生了自蔓延反應(yīng),但是發(fā)生反應(yīng)的時(shí)間各不相同。在機(jī)械合金化過