金属离子高温注入金属合成金属间化合物预测研究

论文摘要

本文针对金属离子高温注入金属Al的工艺特点,进行了离子注入合成金属间化合物预测研究,并与离子注入实验结果进行了对比讨论.鉴于金属离子高温注入金属具有非平衡界面反应特性,预测金属离子高温注入金属合成金属间化合物的有效形成热模型中,有效形成热通过形成金属间化合物的形成热,以及二元合金系的有效浓度中控制元素的浓度和形成金属间化合物的控制元素浓度的比值之积计算。各种将形成的金属间化合物中,对应有效形成热最小的金属间化合物预测为先形成化合物。采用有效形成热模型预测金属离子高温注入金属Al合成金属间化合物,选取金属—Al二元系的最低共晶温度的共晶体（或最低液相温度成分）为有效浓度。与金属离子高温注入金属Al实验结果对比发现,当注入能量50～140 keV,注入剂量1017～1018cm-2,束流密度10～60μA cm-2,注入温度300～600℃时,有效形成热模型合理预测了金属Fe,Hf,Mo,Nb,Ni,Ta,Zr离子高温注入分别合成金属间化合物Al13Fe4,HfAl3,MoAl12,NbAl3,NiAl3,Taml3,ZrAl3。考虑到亚稳相形成,有效形成热模型合理预测了Cr离子高温注入金属Al,在400℃形成化合物Cr14Al86,高于400℃形成化合物Cr2Al13。由于热力学数据精度所限,有效形成热模型预测的V离子高温注入金属Al,金属间化合物VAl3,V4Al23,VAl7和VAl10都可能形成,同时考虑到固态界面上金属间化合物的形核难易程度,模型预测化合物VAl3形成,实验中也发现仅形成化合物VAl3。考虑到金属间化合物形成温度的作用,Mo和Ti离子注入金属Al的实验中,注入温度远高于600℃时分别发现MoAl12,MoAl5和TiAl3,TiAl双相形成,有效形成热模型不再适用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 金属离子高温注入技术
• 1.1.1 离子注入
• 1.1.2 金属离子高温注入
• 1.2 金属离子高温注入合成金属间化合物
• 1.2.1 实验装置及条件
• 1.2.2 合成金属间化合物实验结果
• 1.3 非平衡界面反应相形成的预测
• 1.3.1 经验性预测模型
• 1.3.2 有效形成热模型
• 1.4 本文研究目的及研究内容
• 2 金属离子高温注入金属合成金属间化合物有效形成热模型
• 2.1 有效形成热模型建立
• 2.2 模型的热力学量
• 2.2.1 反应温度
• 2.2.2 形成热
• 2.2.3 标准形成热的选取依据
• 2.3 模型的应用
• 2.3.1 先形成相的预测
• 2.3.2 相形成次序的预测
• 3 金属离子高温注入金属Al合成金属间化合物预测
• 3.1 金属Fe，Hf，Nb，Ni，Ta，Zr离子高温注入金属Al合成化合物预测
• 3.2 金属Cr，Mo，Ti离子高温注入金属Al合成化合物预测
• 3.3 金属V离子高温注入金属Al合成化合物预测
• 4 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
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