機(jī)械驅(qū)動(dòng)及放電條件下Ti-C-N體系的固態(tài)相變.pdf

1、本論文采用X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、X射線能譜(EDS)、X光電子能譜(XPS)及正電子湮滅壽命譜(PALs)等實(shí)驗(yàn)手段系統(tǒng)地研究了機(jī)械驅(qū)動(dòng)及放電條件下Ti-C-N體系的物理化學(xué)變化規(guī)律及反應(yīng)機(jī)理。
　　 本文首先綜述了近20年來(lái)機(jī)械合金化的研究進(jìn)展。重點(diǎn)總結(jié)了機(jī)械合金化的理論模型、反應(yīng)機(jī)理；概述了球磨工藝參數(shù)對(duì)機(jī)械合金化過(guò)程以及最終產(chǎn)物形貌、顆粒大小和物相組成等方面的影響；簡(jiǎn)述了機(jī)械活化粉體

2、性能特點(diǎn)及后處理方面的研究成果；特別對(duì)Ti(C，N)粉體制備技術(shù)的研究狀況進(jìn)行了總結(jié)和評(píng)述。在此基礎(chǔ)上闡明了本文的研究目的和意義。
　　 首先研究了機(jī)械驅(qū)動(dòng)下Ti-N二元體系的固-氣反應(yīng)，成功合成了納米TiN粉體。分析了球磨參數(shù)對(duì)TiN粉末的形貌特點(diǎn)、顆粒大小及相變過(guò)程的影響。并從動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)兩方面，分析了氮?dú)庠诮饘俦砻娴奈锢砗突瘜W(xué)吸附向金屬氮化物的轉(zhuǎn)變機(jī)制。
　　 研究了Ti-C-N三元體系的機(jī)械合金化過(guò)程，比較了在

3、機(jī)械驅(qū)動(dòng)和熱驅(qū)動(dòng)下的合成Ti(C，N)固態(tài)相變規(guī)律。發(fā)現(xiàn)機(jī)械驅(qū)動(dòng)下Ti(C，N)通過(guò)機(jī)械誘發(fā)自蔓延反應(yīng)直接獲得，但熱驅(qū)動(dòng)下Ti(C，N)的合成遵循逐步擴(kuò)散機(jī)制。即：N原子首先向Ti的晶格中擴(kuò)散，然后形成含氮量逐步提高的TiN0.26相和Ti2N相。當(dāng)退火溫度等于或高于800℃時(shí)，C原子和N原子的相互擴(kuò)散形成Ti(C，N)固溶體。
　　 研究了球磨能量對(duì)機(jī)械驅(qū)動(dòng)對(duì)Ti-C-N三元體系固態(tài)相變的影響。有效強(qiáng)度因子在89.64～316

4、.85KJ/(g·s)范圍內(nèi)，機(jī)械驅(qū)動(dòng)下制備Ti(C，N)粉體遵循機(jī)械誘發(fā)自蔓延反應(yīng)機(jī)制。球磨機(jī)轉(zhuǎn)速的提高使得單個(gè)磨球運(yùn)動(dòng)的線速度、磨球的碰撞頻率及每次碰撞中傳遞給粉體的能量增加更為顯著。粉體內(nèi)能的明顯增加使自蔓延反應(yīng)的點(diǎn)燃溫度迅速下降，反應(yīng)的孕育時(shí)間縮短。
　　 研究了輝光放電和弧光放電處理下機(jī)械活化Ti-N二元系粉體的固態(tài)相變規(guī)律。發(fā)現(xiàn)TiN的合成在兩種放電方式下遵循不同的反應(yīng)過(guò)程。輝光放電輔助下，機(jī)械活化粉體的反應(yīng)遵循Ti

5、N0.26→Ti2N→TiN的反應(yīng)過(guò)程。弧光放電處理時(shí)直接生成TiN相。兩種放電處理形式均能促進(jìn)TiN的合成，其中弧光放電作用更明顯。
　　 研究了輝光放電和弧光放電處理下機(jī)械活化的Ti-C-N三元系粉體的固態(tài)相變規(guī)律。在兩種放電處理下，Ti(C，N)的合成均遵循放電誘發(fā)下自蔓延反應(yīng)機(jī)制。隨著輝光放電功率的提高，高能粒子對(duì)粉體表面的碰撞顯著提高粉體的溫度，加速了碳、氮原子在Ti晶格中的相互擴(kuò)散，加快反應(yīng)點(diǎn)燃速度，更有利于Ti(C

6、，N)的合成。在弧光放電處理過(guò)程中，球磨階段單位質(zhì)量粉體儲(chǔ)存的能量為Et>0.81×109J/g時(shí)，反應(yīng)均能完全進(jìn)行。點(diǎn)火時(shí)間隨著Et的增加而縮短。當(dāng)Et>1.29×109J/g時(shí)，粉體可在瞬間點(diǎn)燃。
　　 以不同Ti/C摩爾比的混合粉為對(duì)象，研究了機(jī)械驅(qū)動(dòng)及弧光放電輔助下Ti(C1-x，Nx)固溶體的快速合成。在機(jī)械驅(qū)動(dòng)下，當(dāng)混合粉體中C含量為30at％時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物中出現(xiàn)中間相Ti2N；C含量降為15at％時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物包含Ti