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时间:2019-02-19
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1、三元准晶台金系等电子浓度线现象研究——耍面王■石币丽扣习骊稳态合金相的方法均可用来产生准晶,例如,离子束混合固态相变,离子注入,机械合金化,物理气相沉积,激光和电子束熏熔等等。§1.1.2.2稳定准晶的制备理论上讲,稳定准晶可用任何一种常规合金制备方法来制备,只要熔化成分准确的合金料,浇注成型即可。然而,准晶的实际凝固过程十分复杂,其成分随温度变化,生成反应是偏晶反应,且有些准晶只在一定温度区间存在,若想获得单相的样品,仍需控制冷速,常常还要热处理。由于准晶成分要求严格,为避免在熔炼过程中混入杂质,最好采用真空磁感
2、应冷壁坩埚法。它的原理是炉料在被高频磁场感应熔化的同时,受到磁场力的排斥作用,基本脱离了水冷铜质坩埚,因此熔体不受到任何污染,且磁搅拌保证成分均匀。缺点是熔炼的量较小,一般在几十克到几百克重。制备准晶单晶对于结构和性能的研究意义重大。尽管退火可获得较大尺寸的晶粒,但准晶固态成长速度极慢,晶粒尺寸一般不过几十个微米(十次准晶在周期方向生长快,可达毫米量级),难以得到毫米量级。所以,一般采用布里奇曼拉单晶方法,目前最大的尺寸可达数厘米,而且结构仍然保持完整。综上所述,虽然准晶的凝固过程很复杂,至今仍有不明了之处,但可以
3、说准晶的制备问题己基本解决。§1.1.3准晶性能准晶具有低电导率,低导热率和负温度系数强】【”,接近陶瓷的隔热性能,与普通合金的性能截然不同。准晶的热传导性随温度上升而增加,例如Al-Cu-Fe准晶在800。C的热扩散系数为1.2mm2/s,接近常见的隔热材料氧化锆。准晶材料的力学性能与普通金属间化合物类似,室温下硬而脆,性能接近陶瓷。准晶和类似相合金的压缩强度很高,可达到高速钢的水平,但室温下变形量一般小于1%。准晶材料的室温脆性在高温下完全消失,具有类似于超塑性的极高的塑性性能,无加工硬化现象。准晶具有一定的应
4、力塑性,在进行往复摩擦实验时,摩擦系数会逐渐降低摩痕上的裂纹会自动愈合。准晶喷涂镀膜具有不粘性,最近发现,彳Z-P6一Mn准晶单晶的不粘性接近最好的不粘材料四氟乙烯。§1.1.4准晶应用准晶材料的应用主要表现在在基体材料上镀准晶膜和做成复合材料两种。最早也是最成功的准晶应用是制作准晶不粘锅涂层。1993年法国SNMI公司完成准晶不粘锅大规模生产的技术研究,但因成本过高而市场狭窄,至今未投入三元准晶合金系等电子浓度线现象研究商业生产。准晶材料因其低的导热率,良好的力学性能,低比重,耐蚀和耐氧化等优点,在航天和汽车发动
5、机的热障膜技术应用方面具有很好的应用前景。类似于不粘锅的应用,准晶热障膜也是将准晶粉末热喷涂于基体内表面。在更高温度下,准晶涂层可作为耐热陶瓷和金属基体的过渡层,可有效的降低应力,极限使用温度为950—1200℃。另外准晶还因其特殊的光学性能和足够热稳定性,有用于太阳光的选择吸收膜的应用前景。日本,法国和美国完全掌握了准晶喷镀技术。§1.2等电子浓度线理论及新准晶类似相概念的提出关于准晶的研究已经在全世界范围内展开,但准晶的形成机制是迄今未解决的问题,其成分也无法预测。仅从准晶和晶化相的结构对应性出发解释准晶的存在
6、显然不能概括所有的情况,利用高维空间投影法,取投影条带方向为无理数T及其有理近似值F。+1/F。,可以分别得到准晶和大单胞类似相。但该方法的缺陷是在投影方向上也产生了一些并不存在的结构,且无法解释oc?型超结构与准晶共生的现象。§1.2.1准晶形成的Hume—Rothery规律迄今为止,准晶的形成规律还未完全被了解,新准晶的寻找主要靠经验。而实用的关键在于克服准晶脆性大和成分要求严格的缺点,所以应该重新考虑合金成分及材料制备工艺。根据三元准晶相图的等电子浓度线现象,我们提出准晶及其类似相为价电子浓度相近的电子型合金
7、相,具有很宽的成分范围,这类相主要取决于电子浓度e/a(即平均每原子的价电子数)。因此通过价电子浓度来研究准晶及其类似相不仅具有理论价值,还为成分选择提供了依据。金属和合金结构稳定性的判据是其自由能F=U.TS最小。对在常温常压下的多数固态相上式归结为内能最小。在讨论合金相的稳定性时经常提到的三个主要因素:(1)电子浓度:它与化合价及成分有关。(2)原子尺寸:它与原子半径比及空间填充有关。(3)化学亲和力:它与电荷极化,负电性效应,以及化学计量式有关。经验证明,在许多合金系中电子浓度是一个重要的参数,它影响到许多因
8、素,如:初级固溶度范围,是否存在特定的结构,中间相的范围和稳定性,长周期超点阵的形成,点阵常数的变化趋势,缺陷结构中的空位数目,层错能等等。Hume—Rothery最先认识到电子浓度,即每原子的平均价电子数,对基于贵金属的简单合金的稳定性起决定作用,并提出了以下规则,即Httme—Rothery规律:1、金属合金不论是固溶体还是化合物形式,当电负性相近,且相
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