第十章-金屬間化合物的制備

第十章金屬間化合物的制備金屬間化合物概述2009-12-15材料制備技術(shù)1.特點(diǎn)2009-12-15材料制備技術(shù)1.特性特性：高溫強(qiáng)度優(yōu)異；室溫脆性大。2009-12-15材料制備技術(shù)2.含義金屬間化合物是指以金屬元素或類金屬元素為主要組成的二元系或多元系中出現(xiàn)的中間相和亞穩(wěn)相化合物。由于可以改變金屬母體和混合比例，所以金屬間化合物可以有無(wú)數(shù)的組合。金屬間化合物具有化學(xué)計(jì)量的組分。二元系可表示為：AmBn三元系可表示為：AmBnCp一般認(rèn)為，m、n、p為整數(shù)；但也可以是非整數(shù)；或者在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化。2009-12-15材料制備技術(shù)3.金屬間化合物的相金屬間化合物主要的相有：σ相和Laves相。它們都屬于拓?fù)涿芘畔啵稍影霃叫〉囊环N原子構(gòu)成密堆層，其中鑲嵌有原子半徑大的一種原子，這是一種高度密堆的結(jié)構(gòu)。它們的形成除了原子尺寸因素起作用外，也受電子濃度因素的影響。

2009-12-15材料制備技術(shù)4.分類庫(kù)爾納柯夫（Kurnakov）型金屬間化合物在化學(xué)式規(guī)定成分兩側(cè)有個(gè)成分范圍，在低于熔點(diǎn)的某一溫度以上，該組成原子的有序排列消失，從而組成原子在合金呈無(wú)序混合排列。波色歐萊依德（Berthllide）型金屬間化合物在其化學(xué)式規(guī)定成分兩側(cè)有個(gè)成分范圍，但是熔點(diǎn)以前或是相圖上的反應(yīng)分解以前，其原子有序排列都是穩(wěn)定的。達(dá)爾丹乃德（Daltanide）型金屬間化合物其化學(xué)式規(guī)定成分的兩側(cè)不再有成分范圍。2009-12-15材料制備技術(shù)5.晶體結(jié)構(gòu)分為以面心立方為基本結(jié)構(gòu)和以體心立方為基本結(jié)構(gòu)的兩種晶體結(jié)構(gòu)?？疾旖饘匍g化合物晶體結(jié)構(gòu)的時(shí)候，重要的是先要注意其基本結(jié)構(gòu)。2009-12-15材料制備技術(shù)金屬間化合物的制備方法2009-12-15材料制備技術(shù)1.熔煉法把幾種金屬塊或金屬粉末按要求的成分比例配合，經(jīng)熔煉后即可制得單相或多相金屬間化合物。采用熔煉法，必須根據(jù)根據(jù)所制備化合物的熔點(diǎn)、蒸汽壓、及與氣體的反應(yīng)，相應(yīng)確定所用的電源，調(diào)整熔煉保護(hù)氣氛等。熔煉法采用的熱源主要有電阻加熱、高頻感應(yīng)加熱、電子束熔煉、等離子熔煉和紅外線加熱等。2009-12-15材料制備技術(shù)（1）金屬間化合物單晶的制備①

利用金屬凝固時(shí)，固液相界面上有著較大的溫度梯度，而且凝固是從一端開始恒速而緩慢地進(jìn)行的方法。②

金屬蒸氣凝聚在基材上時(shí)，按照晶體的取向通常擇優(yōu)生長(zhǎng)，并由此而制得單晶。③

加工變形的材料，在某一溫度以上加熱會(huì)產(chǎn)生再結(jié)晶，利用晶粒的長(zhǎng)大而制備單晶。2009-12-15材料制備技術(shù)（2）定向凝固當(dāng)二元或三元共晶合金沿某一方向連續(xù)凝固時(shí)，所形成的共晶相按照一定取向呈層狀或纖維狀排列。定向凝固法和單晶制備法在本質(zhì)上是相同的，區(qū)別在于：前者制得的是共晶合金，后者制得的是單相材料。

定向凝固的制品一般多為鎳基或鈷基高溫合金。

2009-12-15材料制備技術(shù)2009-12-15材料制備技術(shù)（3）金屬間化合物細(xì)絲的制備不能用多次反復(fù)拔絲操作制備金屬間化合物細(xì)絲的方法——將熔體直接制成細(xì)絲，即熔融紡絲加工法。加工性能差2009-12-15材料制備技術(shù)2.擴(kuò)散法（1）擴(kuò)散法制備超導(dǎo)化合物（a）原位法；（b）復(fù)合加工法；（c）粉末法。2009-12-15材料制備技術(shù)（2）擴(kuò)散滲透法——把某種特定元素?cái)U(kuò)散滲透到金屬或合金表面上，在基材金屬表面形成了由滲透元素和基材金屬所構(gòu)成的金屬間化合物層。2009-12-15材料制備技術(shù)包埋處理——將含有滲涂元素的介質(zhì)做成粉末狀、糊狀或熔鹽狀使用，在包埋劑或金屬滲劑中進(jìn)行的滲涂處理。2009-12-15材料制備技術(shù)（3）機(jī)械合金化法（MA）——把欲合金化的元素粉末混合起來(lái)，在高能球磨機(jī)等設(shè)備中長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，粉末經(jīng)球磨的碰撞、擠壓，重復(fù)地發(fā)生變形、斷裂、焊合、原子間相互擴(kuò)散而形成粉末，成為彌散分布的超細(xì)微粒子。在這一過(guò)程中，各組分的原子相互擴(kuò)散，形成新的相結(jié)構(gòu)，達(dá)到合金化的目的。2009-12-15材料制備技術(shù)影響合金化的主要因素（a）球磨種類、尺寸及球料比；（b）球磨氣氛；（c）過(guò)程控制劑；（d）機(jī)械合金化裝置；（e）球磨轉(zhuǎn)速和裝球量。2009-12-15材料制備技術(shù)3.氣相沉積法（1）化學(xué)氣相沉積法（CVD）——將揮發(fā)性化合物的蒸汽或氣體在加熱的基材上熱分解或熱反應(yīng)，而使所要的揮發(fā)化合物在基材沉積析出的方法。H2OArTiO22009-12-15材料制備技術(shù)（2）物理氣相沉積法（PVD）——利用加熱或離子撞擊等物理方法，使金屬揮發(fā)或離子化，借以在基材上沉積出所要求的金屬或化合物。（a）圖表示入射離子的能量低，基材晶體上只有少許堆積，為真空蒸鍍。（b）圖表示入射離子的能量升高，使基材表面原子飛濺，這種離子化狀態(tài)為濺射，使這種離子反向沉積在基材上的方法稱為濺射涂層。（c）圖表示當(dāng)入射離子的能量進(jìn)一步升高，入射的離子還可以涌進(jìn)晶體內(nèi)部，產(chǎn)生所謂離子注入。金屬間化合物在基材表面析出。2009-12-15材料制備技術(shù)（b）濺射涂層法利用陰極和基材間的低壓惰性氣體產(chǎn)生等離子體，等離子體中的粒子撞擊陰極，使陰極表面原子激發(fā)且離子化，然后沉積到基材上。陰極為金屬時(shí)，用直流電源；陰極為絕緣體時(shí)，用高頻電源。陰極基材2009-12-15材料制備技術(shù)（c）化學(xué)合成蒸鍍法化學(xué)合成蒸鍍法是真空蒸鍍、CVD和離子噴鍍的混合方法。2009-12-15材料制備技術(shù)4.噴鍍法把金屬、合金或化合物熔化后，噴射到基材表面而熔敷沉積的方法叫做噴鍍法。噴鍍法不是一種制備金屬化合物的方法，而是用來(lái)在基材表面形成化合物薄膜。分為電弧噴鍍和等離子體噴鍍兩種方法。2009-12-15材料制備技術(shù)電弧噴鍍?cè)趦筛鶉婂冇玫木€材間通過(guò)大電流產(chǎn)生電弧，采用壓縮氣體把熔化的噴鍍材料噴射到基材上。2009-12-15材料制備技術(shù)等離子體噴鍍?cè)?0~600Pa的負(fù)壓噴鍍室內(nèi)，使其中的惰性氣體產(chǎn)生高速等離子體，將噴鍍材料熔化并隨著等離子流撞擊基材而沉積。2009