固液反应球磨制备Cu系及Mo系金属间化合物的研究

论文摘要

固液反应球磨技术是将球磨介质直接对金属液体进行球磨,在一定温度区间,磨球及筒壁直接与金属液体反应生成固相的金属间化合物粉末的一种粉末制备技术。本论文的主要研究内容为采用固液反应球磨技术制备Cu系和Mo系金属间化合物。产物采用X射线衍射（XRD）,扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）等分析手段分析产物特征。本论文对Cu-Sn,Cu-Zn,Cu-Ni-Sn,Mo-Sb和Mo-Sn合金系进行了固液反应球磨研究,球料比为20:1,球磨机转速为80r/min。并采用行星式高能球磨机,以相同的球料比分别对Cu-Sn,Cu-Ni-Sn和Mo-Sb三个合金系进行了机械合金化对比实验。本文实验结果如下:（1）对于Cu-Sn系,在573K下球磨6h得到Cu6Sn5金属间化合物相和Sn的混合粉末;在673K下球磨12h,得到Cu6Sn5和Cu3Sn的混合粉末;在773K下球磨6h得到Cu3Sn金属间化合物相粉末,随着球磨时间的延长,没有其它新相产生;对于Cu-Zn系,在723K下分别球磨4h,8h和12h后,均得到一定含量的Cu5Zn8相;对于Cu-Ni-Sn三元系,采用在Cu-Sn二元系中加入Ni元素粉末以及以Cu和Ni球球磨纯Sn液的两种方式,在573K下球磨12h和24h均生成Cu6Sn5二元金属间化合物。SEM及TEM结果表明生成的金属间化合物粉末颗粒均为100nm左右,并且Ni粉的加入有利于细小均匀的Cu6Sn5纳米颗粒的形成。（2）对于Mo-Sn系,在573K下采用Mo球球磨纯Sn液6h得到MoSn2金属间化合物,随着反应时间的延长,球磨产物为MoSn2,但相对含量增加;对于Mo-Sb系,在993K下球磨6h迅速得到Mo3Sb7粉末,球磨至36h,Sb液耗尽,得到Mo3Sb7以及由磨球剥落下的大量未反应的Mo。SEM及TEM结果表明生成的金属间化合物粉末颗粒达到200nm左右。（3） Cu-Sn系的机械合金化工艺制备了Cu6Sn5高温相;在Cu-Ni-Sn系的机械合金化过程中,Sn和Ni元素的衍射峰经过20h的机械合金化全部消失,Cu的衍射峰宽化;Mo-Sb系在长时间的机械合金化过程中均未发现金属间化合物相生成,但反应至50h,Mo和Sb的衍射峰均有所宽化,且Sb峰强度明显下降。根据上述实验结果,并结合液态金属对固态纯金属以及机械力对固体的作用,本文探讨了固液反应球磨制备金属间化合物的机理以及固液反应球磨过程中的固液反应过程与模型。最后,本文还比较了固液反应球磨与机械合金化两种技术的不同之处。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 机械力化学
• 1.2.1 机械力化学的特点
• 1.2.2 机械力化学效应
• 1.2.3 机械力化学作用过程以及原理
• 1.2.4 机械力诱发的化学反应
• 1.2.5 机械力诱发的化学反应机制
• 1.2.6 影响机械力诱发化学反应的因素
• 1.2.7 机械力化学的应用
• 1.3 固液反应球磨制备技术
• 1.3.1 固液反应球磨的机理
• 1.3.2 固液反应球磨的产物
• 1.4 本课题的研究意义和研究内容
• 第2章 实验设备
• 2.1 制样设备
• 2.1.1 固液反应球磨装置
• 2.1.2 高能行星球磨机
• 2.2 检测设备
• 第3章 Cu 系的固液反应球磨
• 3.1 Cu-Sn 系的固液反应球磨
• 3.1.1 实验过程
• 3.1.2 实验结果
• 3.1.3 实验结果的初步分析
• 3.2 Cu-Zn 系的固液反应球磨
• 3.2.1 实验过程
• 3.2.2 实验结果
• 3.2.3 实验结果的初步分析
• 3.3 Cu-Ni-Sn 系的固液反应球磨
• 3.3.1 实验过程
• 3.3.2 实验结果
• 3.3.3 实验结果的初步分析
• 3.4 小结
• 第4章 Mo 系的固液反应球磨
• 4.1 Mo-Sn 系的固液反应球磨
• 4.1.1 实验过程
• 4.1.2 实验结果
• 4.1.3 实验结果的初步分析
• 4.2 Mo-Sb 系的固液反应球磨
• 4.2.1 实验过程
• 4.2.2 实验结果
• 4.2.3 实验结果的初步分析
• 4.3 小结
• 第5章 固液反应球磨过程中的作用因素与机理讨论
• 5.1 机械力对固体的作用
• 5.1.1 结构变化
• 5.1.2 塑性变形和断裂
• 5.1.3 产生高温
• 5.1.4 发射电子和摩擦发光
• 5.2 液态金属对固态金属的腐蚀作用
• 5.2.1 腐蚀机制
• 5.2.2 影响液态金属对固态金属腐蚀的因素
• 5.3 固液反应球磨制备金属化合物的机理讨论
• 5.3.1 反应机理
• 5.3.2 固液反应球磨中的固液反应模型
• 5.4 固液反应球磨与机械合金化的比较
• 5.4.1 工艺思想的区别
• 5.4.2 反应机理的区别
• 5.4.3 反应产物的区别
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录