類金屬元素（石墨、Te）在機械合金化過程中的結構變化.pdf

1、機械合金化(MA)技術作為一種制備新材料的有效方法已經(jīng)獲得了廣泛的應用，利用該方法可以獲得常規(guī)條件下很難合成的具有獨特性能的一些新型材料。利用機械合金化誘發(fā)的化合反應，人們已經(jīng)成功制備了包括難熔碳化物在內(nèi)的許多新材料。但是，一直以來，研究人員的重點主要集中在材料的合成和性能提高上，而對機械合金化過程的分析還不夠。 本文主要對類金屬元素(石墨、Te)在機械合金化過程中的結構變化進行了研究。實驗用的原料有Al、石墨、金剛石、Te等粉

2、體，用行星式高能球磨機進行球磨，用X射線衍射、拉曼光譜、差熱分析、掃描電鏡等手段，研究了不同球磨時間、退火處理等因素對上述材料在球磨過程中結構的變化、合成相的結構及其穩(wěn)定性。 通過對球磨產(chǎn)物的分析，得到一下有關類金屬元素石墨與金剛石，以及石墨、Te分別與金屬元素Al進行機械球磨過程中結構變化的創(chuàng)新成果： (1)石墨—金剛石球磨，得到turbostratic結構石墨。球磨過程中，隨球磨時間增加，石墨的XRD衍射峰逐漸展寬，

3、并向小衍射角移動。通過模擬石墨的XRD圖發(fā)現(xiàn)，衍射峰向小衍射角的移動不是由于點陣參數(shù)的增大，而是晶粒尺寸效應所致。當石墨晶粒尺寸小于6nm后，其衍射峰展寬、向小衍射角移動越來越明顯。對比球磨樣品在1700℃退火后的XRD圖與turbostratic結構石墨模擬XRD圖發(fā)現(xiàn)，石墨在球磨過程中出現(xiàn)turbostratic結構，并且這一結構非常穩(wěn)定，即使在1700℃高溫下退火也不會恢復原來的石墨晶體結構。石墨在球磨過程中有少量非晶化。

4、 (2)在石墨—金剛石球磨過程中，金剛石的XRD衍射峰并沒有被明顯展寬或峰位移動，計算得知金剛石的晶粒尺寸始終在57-50nm范圍內(nèi)。而金剛石衍射峰的強度隨著球磨時間的增加逐漸減弱，表明金剛石存在一個臨界尺寸效應，當晶粒尺寸小于50nm后，在球磨的作用下晶粒非常容易非晶化。金剛石由于其高硬度，在球磨過程中更多的充當了磨削劑，加快石墨的球磨過程。 (3)石墨在球磨后，盡管XRD圖中觀察不到石墨的衍射峰，但拉曼光譜、退火實驗表明，石

5、墨即使在以金剛石為磨削劑、球磨500小時后，仍然存在部分晶態(tài)石墨。 (4)石墨—Al機械合金化，生成Al4C3。Al—石墨在球磨開始階段碳原子的一部分以間隙原子的形式進入溶劑Al的晶格中，形成間隙型固溶體。隨球磨時間的增加，Al、C的晶粒不斷減小，碳原子逐漸從Al的缺陷、表面和界面處向其點陣內(nèi)部擴散，固溶度增大。隨著球磨時間增加，逐漸反應生成Al4C3，這一反應是由擴散引起的。 (5)Te-Al機械合金化，生成一種新型結

6、構的Al2Te3。Al、Te混合粉末經(jīng)短時間球磨后可以形成Al-Te固溶體，繼續(xù)球磨后發(fā)生反應生成Al2Te3。Al2Te3的生成是由擴散引起的，而不是自蔓延反應。本實驗制得的Al2Te3屬面心立方結構，點陣參數(shù)a=5.957A，是一種尚未件報道的新型結構Al2Te3，該Al2Te3只能在120℃以下穩(wěn)定存在。以前報道的Al2Te3屬單斜晶系，點陣參數(shù)為：a=7.181A，b=12.84A，c=14.167A，β=90.040°，在89