機械驅動及放電條件下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)等實驗手段系統(tǒng)地研究了機械驅動及放電條件下Ti-C-N體系的物理化學變化規(guī)律及反應機理。
　　 本文首先綜述了近20年來機械合金化的研究進展。重點總結了機械合金化的理論模型、反應機理；概述了球磨工藝參數對機械合金化過程以及最終產物形貌、顆粒大小和物相組成等方面的影響；簡述了機械活化粉體

2、性能特點及后處理方面的研究成果；特別對Ti(C，N)粉體制備技術的研究狀況進行了總結和評述。在此基礎上闡明了本文的研究目的和意義。
　　 首先研究了機械驅動下Ti-N二元體系的固-氣反應，成功合成了納米TiN粉體。分析了球磨參數對TiN粉末的形貌特點、顆粒大小及相變過程的影響。并從動力學和熱力學兩方面，分析了氮氣在金屬表面的物理和化學吸附向金屬氮化物的轉變機制。
　　 研究了Ti-C-N三元體系的機械合金化過程，比較了在

3、機械驅動和熱驅動下的合成Ti(C，N)固態(tài)相變規(guī)律。發(fā)現機械驅動下Ti(C，N)通過機械誘發(fā)自蔓延反應直接獲得，但熱驅動下Ti(C，N)的合成遵循逐步擴散機制。即：N原子首先向Ti的晶格中擴散，然后形成含氮量逐步提高的TiN0.26相和Ti2N相。當退火溫度等于或高于800℃時，C原子和N原子的相互擴散形成Ti(C，N)固溶體。
　　 研究了球磨能量對機械驅動對Ti-C-N三元體系固態(tài)相變的影響。有效強度因子在89.64～316

4、.85KJ/(g·s)范圍內，機械驅動下制備Ti(C，N)粉體遵循機械誘發(fā)自蔓延反應機制。球磨機轉速的提高使得單個磨球運動的線速度、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。粉體內能的明顯增加使自蔓延反應的點燃溫度迅速下降，反應的孕育時間縮短。
　　 研究了輝光放電和弧光放電處理下機械活化Ti-N二元系粉體的固態(tài)相變規(guī)律。發(fā)現TiN的合成在兩種放電方式下遵循不同的反應過程。輝光放電輔助下，機械活化粉體的反應遵循Ti

5、N0.26→Ti2N→TiN的反應過程?；」夥烹娞幚頃r直接生成TiN相。兩種放電處理形式均能促進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)下自蔓延反應機制。隨著輝光放電功率的提高，高能粒子對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晶格中的相互擴散，加快反應點燃速度，更有利于Ti(C

6、，N)的合成。在弧光放電處理過程中，球磨階段單位質量粉體儲存的能量為Et>0.81×109J/g時，反應均能完全進行。點火時間隨著Et的增加而縮短。當Et>1.29×109J/g時，粉體可在瞬間點燃。
　　 以不同Ti/C摩爾比的混合粉為對象，研究了機械驅動及弧光放電輔助下Ti(C1-x，Nx)固溶體的快速合成。在機械驅動下，當混合粉體中C含量為30at％時，反應產物中出現中間相Ti2N；C含量降為15at％時，反應產物包含Ti