Zn、Sn、Ge摻雜錳氮化合物負熱膨脹材料的制備及性能研究.pdf

1、隨著材料科學的發(fā)展,負熱膨脹材料在低溫工程和航空航天領(lǐng)域的作用越來越大,而錳氮化合物負熱膨脹材料因其優(yōu)越的負熱膨脹性能成為當前負熱膨脹材料研究的熱點之一。本課題采用元素摻雜制備了錳氮化合物負熱膨脹材料,并對其負熱膨脹性能進行了測試。通過對材料的磁性能研究,討論了這類材料的負熱膨脹機理。
　　 本文選取鍺粉、錳粉、銅粉、錫粉、鋅粉和氮氣為主要原料,通過研磨加常壓燒結(jié)合成了Mn3(Zn1-xGex)N、Mn3(Cu1-xGex)N、

2、Mn3(Zn1-xSnx)N和Mn3(Cu1-xSnx)N四組樣品。利用X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)分析了樣品的物相和表面形貌,采用熱機械分析儀(TMA)和SQUID超導(dǎo)量子干涉磁強計系統(tǒng)地分析了材料的負熱膨脹性能和磁性能。同時,采用變溫XRD和Rietveld結(jié)構(gòu)精修對部分材料的晶胞參數(shù)和晶體結(jié)構(gòu)進行了分析。
　　 研究結(jié)果表明,發(fā)現(xiàn)在樣品Mn3(Zn1-xGex)N中,隨著Ge元素的增加,Mn3Zn1-x

3、GexN的負熱膨脹溫區(qū)變得越來越多,但是溫區(qū)的大小并沒有隨著Ge元素的增加而變寬。在樣品Mn3(Cu1-xGex)N中,其晶體結(jié)構(gòu)與Mn3CuN一致,均為反鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。用變溫X射線衍射和熱機械分析儀分別測得立方Mn3(Cu0.5Ge0.5)N樣品的本征熱膨脹系數(shù)和宏觀熱膨脹系數(shù),發(fā)現(xiàn)相差不大。在Mn3(Zn1-xSnx)N中,隨著Sn元素的增加,Mn3(Zn1-xSnx)N材料的負熱膨脹溫區(qū)向低溫區(qū)運動,且負熱膨脹系數(shù)和溫區(qū)相應(yīng)變大。用

4、Sn元素部分取代Cu元素得到一組樣品,化學式為Mn3(Cu1-xSnx)N,其也為反鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。通過對Mn3(Cu0.5Ge0.5)N和Mn3(Cu0.5Sn0.5)N的變溫XRD研究發(fā)現(xiàn),隨著溫度的變化,衍射峰只是發(fā)生角度上的偏移,晶體結(jié)構(gòu)并沒有發(fā)生變化。
　　 對材料進行了磁性能測試,發(fā)現(xiàn)Mn3(Cu1-xGex)N在負熱膨脹溫區(qū)內(nèi)會發(fā)生磁相變,并且磁相變的類型隨Ge含量的變化而變化。Mn3(Cu1-xSnx)N在負熱膨脹溫