含量对杂化微波合成cr2陶瓷粉体的影响

1、文本0检测报告单539:ADBD2008R_ADBD2013R_检测文献吴新宇-Ti含量对杂化微波吴新宇Cr2AlC陶瓷粉体的影响1作者检测范围中国学术期刊网络总库中国博士中国重要会议全文数据库/中国优秀全文数据库全文数据库中国重要报纸全文数据库中国专利全文数据库大学生互联网比对库英文数据库(涵盖期刊、博硕、会议的英文数据以及德国Springer、英国Taylor&Francis台学术文献库期刊数据库等)优先文献库个人比对库1900-01-01至2013-05-24时间范围:检测时间:2013-05-2410:10:37- 1 -吴新宇-Ti含量对杂化微波Cr2AlC陶瓷粉体的影响1总

2、文字比：9.2%（1253）总字数：136721·Cr_2AlC陶瓷粉体的及其块体5.5%葛贵磊(导师：关春龙) - 河南工业大学- 2011-04-01是否引证：否2·块体Cr_2AlC陶瓷材料的工艺研究2.4%林宁;朱教群;周卫兵;李圆圆; - 稀有金属快报- 2008-09-28是否引证：否3·Cr_2AlC及其固溶体的与性能研究1.9%李茂欣(导师：李世波) - 北京交通大学- 2009-06-01是否引证：否4·热等静压Al_2O_3增强Ti_2AlN金属陶瓷0.4%郑卓;崔玉友;杨锐; - 中国有色金属学报- 2010-10-15是否引证：否

3、5·熔渗烧结Ti_3SiC_2反应机理的研究0.2%李开雄;吕振林; - 兵器材料科学与工程- 2009-07-15是否引证：否2013届毕业生题目: Ti含量对杂化微波Cr2AlC陶瓷粉末的影响院系名称： 材料学院专业班级： 材料F0903学生吴新宇学号： 200946920422 指导教师： 关春龙教师： 副教授2013年 05月20日摘要Cr2AlC是MAX三元层状陶瓷的一种，因为兼具金属与陶瓷的性能，主要被用于高温结构材料，因其良好综合性能和应用前景而受到广泛的研究。但传统Cr2AlC的方法很难高纯的Cr2AlC。本文将以Cr粉、Al粉、石墨为原料，并将Ti作为添加剂，在氩气

4、环境下，通过微波加热样品粉体Cr2AlC。通过改变Ti的添加方式和添加量来研究Ti添加对微波烧结Cr2AlC的影响。实验结果以XRD图的形式显示，并使用jade软件分析。结果表明杂化微波烧结 Cr2AlC时，Ti作为（Crx，Ti（1-x）2AlC取代作用的效果比其作为Cr2TixAlC掺杂的效果要好，且（Crx，Ti（1- x）2AlC中x=095时能够的出纯度较高的Cr2AlC。对比相同工艺下无Ti添加的Cr2AlC的波峰衍射图，两者并无太大差别，说明Ti添加对烧结的促进作用并不是很明显，但Ti添加对材料性能的影响还需要进一步的研究。：Cr2AlC微波烧结Ti添加XRD总文字比：9.2%(

5、 表格 )( 观点 )去除：9.2%去除本人：9.2%重合字数：1253文献总字数：13672( 注释：无问题部分文字比部分部分 ）Title The effect AbstractCr2AlC is a kindmaterials because ofof the Ti content on Cr2AlC ceramic powder by hybird microwave Synthesisof MAX Ternary layed ceramics，it is mainly used for high temperature structuralits both mand ceramic

6、properties，Due to its good comprehensive performanceand application prospect，it has been widely researched，but it is difficult to make highly puritiedCr2AlC by conventional methods.This study will use Cr powder, environment, heat synthesis Cr2AlC quantity to study the effect of Tiform of XRD diagram

7、 and analysisedAl powder, graphite as raw material, use Ti as additive,in the Ar gas powders sample by microwave, By changing the Ti adding way and adding on microwave sintering Cr2AlC, Experimental results is showed in theby jade software. Results show that when use the hybrid microwavesintering Cr

8、2AlC,use Ti as（Crx，Ti（1-x）2AlC substitution is better than as Cr2TixAlC additive，and（Crx，Ti（1-x）2AlC (x=0.95)，we can prepare the highly puritied Cr2AlC successfully，Compare the wave diffraction diagram that under the same process without adding Ti to the Cr2AlC preparation , thereis no too much diff

9、erence, the result shows that Ti promoting sintering effectis not very obvious,Buttheinfluence of Ti addition on the properties of ceramicmaterialsstillneedfurtherresearch.Keywords: Cr2AlC Microwave Sintering Ti Additive 目录引言41.1 、Cr2AlC的研究现状41.1.1 、Cr2AlC陶瓷的结构41.1.2 、Cr2AlC陶瓷的性能51.1.3 、Cr2AlC研究现状61

10、.2 、微波烧结法71.2.1 微波加热原理71.2.2 微波烧结特点81.2.3 微波烧结的研究现状81.3 、固溶体91.3.1 固溶体对晶体性能的影响91.3.2 MAX固溶体的研究现状101.4本研究内容及意义10XRD2 材料及研究方法122.1 原料及设备：122.2 原料配比设计：122.2.1 添加方式的研究122.2.2 相同添加方式不同添加量的研究132.2.3 参照样品的设计132.3实验过程132.3.1烧结工艺：132.3.2原料的142.3.3实验过程143. 结果处理与分析173.1 样品处理173.1.1 、X-射线衍射分析（XRD）173.1.2 、MDI j

11、ade软件分析数据173.1.3 、Origin软件分析数据173.2 、样品分析17结论24致谢25参考文献26引言1.1、Cr2AlC的研究现状1.1.1、Cr2AlC陶瓷的结构- 2 - 3 -早在上世纪六十年代Jeitschko1等人就确定了Cr2AlC的晶体结构。Cr2AlC是三元层状化合物，属于六方晶系，晶格参数a=0.286，c=1.282, 属于P63/mmc对称空间群，理论密度5.24g/m3其结构如图1-1所示2：Cr做最紧密堆积，C填充于Cr相互间八面体空隙中。Al原子平面分隔了最紧密堆积的Cr原子八面体。图1.1：（a）Cr2AlC层状结）Cr2AlC0001面由于Cr

12、原子和C原子之间的强结合力，赋予材料高熔点，高弹性模量，Cr和Al原子沿0001方向的平面形状 ABABAB层状结构，属于弱的组合，类似于石墨烯键组合之间的弱范德华力，使材料具有层状结构，在材料受到外加作用力事能够表现自润滑性，而表现出良好的耐磨才性。1.1.2、Cr2AlC陶瓷的性能1、力学性能：Tian3等人测试Cr2AlC的维氏硬度与Ti3siC2相近, 大约为3.5GPa,弯曲强度为378MP。2、热学性能: Tian3等人还测定了在200时Cr2Alc热导率为17.5w/(m·K)，在200400之间随着温度增加而稍有降低，样品在301200之间的平均热膨胀系数为1.33&

13、#215;l0-5K-1。这说明Cr2Alc具有很好的导热性能。3、电学性能:Cr2AlC在75269K区间的电阻率随温度的升高而成线性增加，具有金属特性3，在室温时其导电率为1.4 ×106s·m-1这说明Cr2AlC具有很好的导电性能，但比起室温下Ti2AlC的导电率2.56×l06s·m-1 4还是略低一些。4、 抗氧化性能:Lin5及其他研究者对Cr2AlC的抗氧化性能进行了研究，通过对1000、1100、1200三个温度下材料的恒温氧化的抛物线研究发现，其速率常数分别为3.0x10-12、6.2x10-11、6.8xl0-10kg/m-2

14、83;s，这分别都比相同温度下Ti3SiC2的值低3到4个数量级。最近，该作者6又对Cr2AlC的高温氧化性和热腐蚀性能作了进一步研究，结果表明在800时Cr2AlC开始氧化。这主要是因为Cr2AlC表面能够在热腐蚀和高温氧化过程中形成一层A1203保护层。因此,Cr2AlC有极好的抗热腐蚀和高温抗氧化性能。 Cr2AlC具有如此良好的性能，主要是因为Cr2AlC结构中存在两种键：Cr-Al金属键使材料具有金属性能如良好的导电、导热性能，较低的维氏硬度、较高的弹性模量和剪切模量，以及优良的机械性。Cr-C共价键是材料具有陶瓷材料的耐高温、耐腐蚀、抗高温氧化性等特点。在高温结构材料不断发展的今天

15、，倍受学者们的研究：1. Cr2AlC材料具有高强度，高模量及高温抗热震性能和抗氧化性能，可用做摩擦材料或高温结构材料，如一些高温环境下工作的轴承材料以及航天设备的零件。2.Cr2AlC材料具有高电导率和高热导率,可用做电极材料，应用在大型的金属熔炼设备中。另由于其高模量，可做为第二相增强剂7 ，添加到金属、陶瓷、树脂材料中，在不改变基体导电性的前提下，增加材料的强度和模量，使材料能适应更加恶劣的工作环境，有更广泛的用途。1.1.3、Cr2AlC研究现状Lin等人8按照原料配比为n（Cr）：n（Al）：n（C）= 2：1.05：1的混合原料，通过热压烧结备出了 Cr2AlC块体材料的，整个过程

16、在氩气的保护下进行，氩气为5MPa，1400下保温1小时，然后再1350退火0.5小时，最后将增高至30MPa，最终样品的密度值为理论密度值的95。 Manoun9等采用热静压法，把Cr，Al和C粉末以一定的化学计量比，称取混合，混合粉末在真空下装入硼硅管，并密封在管中加热到650，之后预烧结10小时，待管软化后在热等静压炉内，通过设定的程序升温至1200，保温12小时。当炉内为100MPa时随炉冷却，及得到单相Cr2AlC。Tian等人10通过脉冲放电烧结的方式，采用Cr、Al4C3和C粉为原料，了Cr2AlC。其中原料配比为 n( Cr) n( Al) n( C) = 21. 11，整个过

17、程在都在真空条件下完成。在8501350烧结温度范围内 Cr2AlC。其研究结果表明，在烧结温度在9501150范围内,Cr和Al4C3含量逐渐减少，目标相Cr2AlC的含量不断增加，并出现了中间相Cr2Al。当烧结温度达到1250 以上，得到的样品主相为Cr2AlC，同时还有少量Cr7C3杂相。目前Cr2AlC的方法主要有：1、无压烧结，所得样品性能差，但成本低、设备简单；2、热压烧结法，速度快性能好是目前应用最多的方法；3、热等静压烧结法和等离子放电烧结法烧结样品性能最好，但是设备比较昂贵，成本较高。但不论哪一种方法，现在都很难制得高纯的Cr2AlC，这主要是因为Cr2AlC在C-Al-C

18、三元系统相图中的相区很窄过程中往往伴随着Cr-C、Cr-Al等杂项而降低其性能。如图1.2为1000时AlCrC 体系的等温截面。同时在烧结过程中由于 Al 的熔点温度较低为650，而Cr2AlC目标相的生成温度要在900以上，故高温阶段Al挥发严重，因而配比时常常需要加入过量的 Al，但过量的Al会影响的致密度，这就使反应难以按比例生成纯净致密的Cr2AlC。因此，在提高Cr2AlC纯度的同时，降低成本，使工艺操作简单化，实现Cr2AlC的工业化生产是今后主要的研究方向。图1.2:1000AlCrC体系的等温截面1.2、微波烧结法微波烧结是一种新型的烧结工艺，其加热的机理是利用材料内部原子或

19、离子吸收微波产生热振动所产生的热，故材料烧结所需的温度要比普通烧结的速度低，烧结周期短，且不同材料的微波的吸收效果是不一样的，可以利用其对材料进行选择加热， 材料的性能。如今在探索新型材料的领域中，微波烧结可以提供一种有效的路径去研究新材料的制备。- 4 -1.2.1微波加热原理微波加热就是要利用微波吸收型材料的这种特性达到材料内部 热振动，而达到加热材料温度的目的，其机理在于：微波照射材料的时候，微波吸收型材料内部原子或离子受到磁场作用而会产生电子极化，原子极化，偶极子极化和界面极化等介质极化11。，由于微波电场变化的频率高，而介质极化是一个相对于微波电厂变化很慢的过程，这就使得介质极化总会

20、滞后于电厂变化，极化强度矢量P会 场强度E间会存在一个角度，导致与电场同向的电 生，这就了材料内部的耗损。结果由于耗损产热使材料的温度升高。本次实验中所涉及的物质，C、Cr、SiC是微波吸收性材料，氮化硼、氧化铝陶瓷器皿以及炉内的橡胶管都是不吸收微波型材料，Al是全反射微波材料。故在加热过程中，需要用SiC作为介质吸收Al反射的微波，而通过热传导的形式使Al升温，因此升温方式是材料内部微波吸收型材料C吸收微波加热与材料周围介质SiC吸收Cr、Al反射的微波以和微波场中的微波升温，通过热传导给样品的传导加热。称为杂化微波加热。1.2.2微波烧结特点区别于传统的烧结方法，微波烧结有以下特点： (1

21、)烧结材料所需温度比传统烧结要低。根据微波烧结的机理可知，在微波作用下，材料内部的原子或离子通常能够拥有较大动能，在烧结的过程中会提升物质的扩散系数，加强晶界的扩散能力而促进整个致密化过程，其烧结过程不再需要很高的温度。(2)缩短烧结周期。微波烧结所需的温度、时间都比常规烧结要少很多，尤其对一些烧结周期很长的陶瓷材料，微波烧结能大大缩短其烧结周期，而减少消耗。同时缩短烧结周期，会减少晶粒长大的时间而形成细小的晶粒，促进纳米材料。(3)可选择性烧结。不同材料由于其组成的不同以及微观结构的差别，使得用微波烧结复合材料时，内部会有不同的介电效应，彼此产生的热效应也不一样，就会形成温度梯度实现选择性烧

22、结。故为研究新型复合材料提供了新的工艺。1.2.3微波烧结的研究现状1、氧化物陶瓷的微波烧结由于金属是导体，会反射微波，一般不用微波烧结来 金属材料，但美国宾夕法尼亚大学的研究者12通过研究发现了微波烧结金属制品的工艺。其研究结果表明，微波烧结能够降低生产成本，并 粉末金属制品的性能，比传统方式能够更好地提高材料的力学性能，显微组织均匀度，以及降低气孔率。Janney和Kimrey13研究了添加MgO对微波烧结Al2O3陶瓷的影响与其晶粒长大特点。他们发现，微波烧结条件下，Al2O3的密度随温度的升高的速度要比常规烧结条件下快。且相同原始密度为55%的试样，经过两种不同的烧结方式获取相同的密度

23、，微波烧结只需要950烧成1h，而常规烧结要1200烧成2h。2、非氧化陶瓷的微波烧结目前已经用微波烧结的非氧化物陶瓷材料主要有B4C、SiC、Si3N4和TiB2。Holcombe14研究发现，在微波烧结此类非氧化陶瓷的过程中加入一些外加剂如C、Mo、TiB2等可以更好的提升材料的致密度。但微波烧结同样着一些问题而制约了起发展： 1、微波烧结很难在工业上实现主要因为很难通过设备去获得足够大的微波均匀区域。只有在均匀的微波场中，材料材料才能获得相同的介电损耗，避免温度梯度的产生而影响烧结。 2、材料的介电特性。一些材料在低温下会有很小的介电常数而表现为不吸收微波，但当温度升高到某一程度之后，其

24、介电常数会发生突变，而吸收微波。1.3、固溶体1.3.1固溶体对晶体性能的影响最初的晶体结构掺杂入其他杂质原子（或离子）形成固溶体，会改变晶体的性质如晶格常数、密度、机械性能、电学性能、光学性能等，这就使得我们可以在原材料的基础上通过形成固溶体的方式来改造原材料的一些性能，从而帮助我们研究和开发新型材料。固溶体后对晶体性质的影响有主要有：（1） 影响材料的物理性质。当晶体结构中溶入与原组分不同的溶质时，由于溶质与基质的不同会造晶胞的变化，如较大的溶质会撑开晶胞。同时溶质的性能不同也会造成基体物理性能的改变，如相同组成，不同杂质相的含量也会造成固溶体电性能的变化，故可以利用掺杂来调节和改变晶体的

25、物理性能，如提高材料的强度。（2） 活化晶格。晶体中溶入不同的溶质时，晶格结构会发生畸变，而使晶格处于高能量的活化状态，可以促进扩散、固相反应等过程的进行，从而有利于烧结。（3） 固溶强化。固溶体的强度与硬度往往比其各组元的要高，但塑性则较低，这种现象称为固溶强化。当溶质和溶剂的几何相差越大及固溶度越小，固溶强化效果越好（4）稳定晶格，防止晶形转变。1.3.2MAX固溶体的研究现状MAX为Mn+1AXn类化合物的简称，其中M为过渡族金属，A为IIIA或IVA族元素，X为C或N，层状MAX具有相似的组织结- 5 -构以及性能，且同一位置不同元素都有类似的性质，而能形成各种固溶体。MAX固溶体分为

26、M位固溶体、A固溶体和X位固溶体。X位只有C、N两种元素，A 一般用Si取代，M位固溶体种类比较多。Sa等人15,16,17采用热等静压烧结法，以Ti粉、Nb粉，碳化铝和石墨为原料（ Ti:Nb:Al:C=0.94:1.06:0.93:0.94），在16，100MPa下保温8h，了(Ti,Nb)2AlC固溶体，其平均粒度约为45m。通过力学性能测试表明，该固溶体的硬度为5.8GPa，介于于 Nb2AlC的6.1GPa和 Ti2AlC的4.5GPa之间。而电热性能方面，(Ti,Nb)2AlC 固溶体的电阻率比Nb2AlC 和 Ti2AlC要高。氧化性的研究表明，温度在10001100时，(Ti,

27、Nb)2AlC 固溶体氧化速率能够遵循抛物线规律，但这个要很长时间才能够稳定。梅炳初，徐学文，朱教群等人18采用热压烧结的方法，在12001400的温度范围内按照TiC:Ti:Si:Al=2:1:1:0.2的摩尔配比，了Ti3Si(1-x)AlxC2（0x0.16）块体材料，其质量分数为 98.2%，密度到达理论密度的98%。其研究结果表明，加入适量的铝粉可以加快热压Ti3SiC2反应的过程，同时能够提高目标相的产量和纯度。之后他们进行了微观分析，发现Ti3SiC2晶粒发育良好，Ti，Si和Al原子在试样中均匀分布。随后在9001300空气中，他们又研究了该试样的恒温氧化行为。结果表明，抛物线

28、速率常数随温度的升高而逐渐增加。他们猜测这是因为固溶体中的Al在 Ti3SiC2材料表面形成致密的氧化层，这种氧化层能显著地提高材料的高温抗氧化性19。本的大部分内容是研究微波烧结工艺Cr2AlC，以及通过加入Ti，形成M位固溶体对Cr2AlC的影响。1.4本研究内容及意义Cr2AlC因其兼具金属与陶瓷的综合性能，是一种非常具有应用前景的新型三元层状可陶瓷。但是，目前的工艺往往很复杂，消耗大且很难高纯的Cr2AlC。，本文将在系统的理论和实践的基础上采用杂化微波烧结工艺，并通过加入Ti形成固溶体的方式促进烧结的进行。具体通过添加方式和添加量来研究Ti添加对微波烧结Cr2AlC的影响。该方法具有

29、温度低、反应时间短、操作简单、安全无污染高等优点。虽然杂化微波烧结 Cr2AlC粉体过程简便安全，整个周期也短，但是微波烧结 的Cr2AlC粉体性能还需要进行更深入的检测，才能比较此种工艺与传统工艺的优缺点。并且本次实验采用的仅仅是家用微波炉改造的微波磁场，并不适合工业上大批量的生产。工业生产Cr2AlC还需要更深入的研究微波烧结 Cr2AlC的各项性能以及烧结设备之后才能得出结论。2 材料及研究方法2.1原料及设备：由于微波加热法的特性，选取铬粉、铝粉和石墨作为主要原料。如表2.1所示： 原料名称纯度粒度熔点（） 原子量生产厂家Cr粉99.9%200目185751.99华东师范大学化工厂Al

30、粉99.9%100-200目66126.98国药化学试剂公司石墨99.5%325目350012.00上海胶体化工Ti粉99.9%200目167847.88精细化工表2.1：原始粉料特征本次设计选用微波烧结法，原料混合均匀后需压片处理再进行烧结。所以需要磨混匀、压片、加热烧结等工序。需要的设备如表2.2所示：设备名称用途生产厂家电子天平玛瑙研钵压片机氩气瓶微波炉称量粉料混料均匀压片成型形成氩气环境加热烧结上海海康电子仪器厂市科器高新技术北京普莱克斯实用气体美的微波炉表2.2：设备名称及用途2.2原料配比设计：2.2.1 添加方式的研究此次原料配比的设计主要根据以下两个Ti 的添加方式：取代作用：

31、2xCr+2（1-x）Ti+Al+C（Crx，Ti（1-x）2AlC保持（Crx,Ti（1-x）：Al：C=2:1:1总比例不变，通过改变x的值，调节Ti对Cr的取代作用。掺杂作用：2Cr+xTi+Al+CCr2TixAlC保证Cr：Al：C=2：1：1不变的情况下，添加x比例的掺杂Ti。从以上两种不同Ti添加方式对Cr2AlC陶瓷的影响。2.2.2 相同添加方式不同添加量的研究确定了添加方式之后，通过改变x的值进行试验比较不同x的值对杂化微波烧结Cr2AlC的影响。具体如下表： x的取值取代作用0.850.900.95掺杂作用0.050.100.15表2.3：不同添加方式的x值2.2.3参照

32、样品的设计按照Cr：Al：C=2：1：1配置，以相同的工艺烧结，作为参照样品。2.3实验过程2.3.1烧结工艺：此次烧结的过程如下图所示： Cr粉Al粉石墨Ti粉混合研磨压片成型微波烧结通入氩气研粉、检测图2.1：烧结工艺流程图2.3.2原料的本次实验所做的样品的总质量为0.5g，按照2.3中的不同配比，计算各组试验中各个样品所需的物料量，分别在分析天平上撑取，在玛瑙研钵中混合20分钟以上使其均匀。之后将混合均匀的粉末装入磨具，在4MPa的径为20毫米和厚度为2-3毫米的薄片。下面为不同比例下各物质的称重量。元素 Cr粉 Al粉石墨含量（g） 0.3636 0.0944 0.0420表2.2：

33、Cr:Al:C=2:1:1时各物质的称量x值x=0.85x=0.90x=0.95下压成颗粒直Cr粉(g)0.31180.32920.3464Al粉(g)0.09520.09490.0946石墨(g)0.04240.04230.0421Ti粉(g)0.05070.03370.0168表2.3：不同x值下（Crx,Ti（1-x）：Al：C=2:1:1中各物质的称量x值x=0.05x=0.10x=0.15Cr粉(g)0.36360.36360.3636Al粉(g)0.09440.09440.0944石墨(g)0.04200.04200.0420Ti粉(g)0.00840.01670.0251表2.4

34、：Cr：Al：C=2：1：1时不同x值各物质的称量2.3.3实验过程本次烧结采用改造的频率为2.45GHz和最大功率为750 W的国内微波的烘箱的家用微波炉。将微波炉体后面钻洞，通入橡胶管，使氩气能够通入微波炉内。烧结设备如图： 图2.2：烧结设备首先将压制成型的 Cr2AlC样品装入底部铺有氮化硼的小坩埚中，用氮化硼覆盖Cr2AlC样品。再在氮化硼上面铺一层SiC。然后将小坩埚放入盛满SiC的大坩埚中。用一个中间带孔的氧化铝板当作坩埚的盖。使微波加热时能通如氩气。然后将整个反应器放置在微波炉中，用耐火砖隔开反应器与底座的：图2.3：样品装置，以避免反应器温度过高而使炉内炸裂如图然后通入氩气，

35、保持20分钟左右的时间。再用100%功率加热一段时间。保持通入氩气冷却30分钟后打开炉门，冷却至室温。待样品冷却至室温之后，用砂纸磨掉样品周围所粘的氮化硼粉，再将样品放入干净的研钵中研磨成粉末状，标记后装入袋中。3. 结果处理与分析3.1样品处理3.1.1、X-射线衍射分析（XRD）此次试验，由于条件限制，没有XRD分析仪，每次实验完成多组样品，寄往北京海淀区分析处理。北京XRD分析仪条件如下：Cu靶，Ni滤波片；管电压50Kv，管电流100mA； 扫描速度1o/min。分析得到的数据再通过邮件寄回，通过软件分析处理。3.1.2、MDI jade软件分析数据物理进行统一MDI jade软件的原

36、理是通过衍射图谱的数据将几个可能物相的谱相加以实验谱比较以作出鉴定的方法。将数据导入软件，分析可能的物相，打印相图并手标主要峰的相。3.1.3、Origin软件分析数据 Origin软件主要作用是数据分析和绘图，此次研究主要利用Origin软件的绘图功能。导入TXT数据，以两组或三组数据统一到一个图表中，通过MDI jade软件寻峰并在Origin软件中用特殊符号标出所有峰的物相。3.2、样品分析样品经过XRD测试后，用Origin绘图，并标注各个物相，进行对比分析。本次实验主要对比了不同Ti添加方式的XRD衍射波峰图，相同物料配比与烧结工艺，不同加热时间的XRD衍射波峰图- 6 -。参照已经

37、研究过的Cr2AlC反应生成路径分析物相产生的，以此来得到更加科学准确的结论。图3.1：Cr：Al：C=2：1：1所的Cr2AlC的XRD衍射图从图3.1中分析可知，采用微波烧结的工艺能够合Cr2AlC。图中的波峰主要是Cr2AlC，并伴随有少量Cr7C3杂相，这可能是由于微波烧结时升温速度快，造成Al在1103的高温下下挥发，而使Al含量减少，不能按照Cr：Al：C=2：1：1的比例反应完全。故可知，微波烧结Cr2AlC不仅在理论上可行，而且实际的操作也证明了此理论的正确性。微波烧结Cr2AlC整个过程快速简单，而且安全无污染。但是这种方法仅仅是一种致密度、各方面性能还有待去检测。方式，制得

38、的样品的图3.2是采用Ti取代Cr 的方式来生成固溶体。B是x=0.85时候的取代作用，从图中可以看出在得到目标相Cr2AlC的同时，还伴随有Cr7C3与TiC杂质。C是x-0.90时候的取代作用，此种工艺也能够得到目标相Cr2AlC，其杂质跟x=0.85时候完全不同，而是AlCr2，具体还不是很清楚。D是x=0.95时候的取代作用，可看出此时在得到目标Cr2AlC的同时有一些Cr7C3杂质存在。相比较不同x的值对Cr2AlC的影响可知，x=0.95时产生的目标相最多，仅有少量Cr7C3的存在。随x值得减少，及Ti含量的增加，目标相的含量减少，杂质相如AlCr2、TiC增多。这可能是由于Ti含

39、量的增加引入其他副反应而影响主要反应的进行，从来生成其他杂质相。如由XRD图可知Ti与石墨反应成成TiC造成了C含量的不足。图3.2：不同x值时（CrxTi1-x）2AlC的XRD衍射图下图3.3是采用Ti掺杂形成固溶体的XRD图。过程中保持Cr：Al：C=2：1：1的比例不变，Ti另外加入。B是加入x=0.05时候的波峰衍射图，此时的主相是Cr2AlC，并有少量的Cr7C3杂质。C是x=0.10时候的波峰衍射图，从图中可知，此时主相为Cr2AlC和AlCr2，表示此种配比下主要反应发生变化。D是x=0.15时候的波峰衍射图，此时主相是AlCr2并有少量Cr2AlC与C杂质。比较不同x的值对C

40、r2AlC的影响可知，x=0.05时的目标相含量最多，而随着x值的增大，产物中相的组成越复杂，目标相的含量越少。分析造成此类的应该与图3.2的分析相类似。Cr2AlC当添加的Ti粉起取代作用的时候，微量的通过对比三个XRD图我们可以推测，采用微波烧结能够的Ti所起到的作用要比Ti作添加作用的效果好。 其中x=0.95的Ti取代效果最好。图3.3：的不同x值时Cr2TixAlC的XRD衍射图图3.4：不同x值时（Crx，Ti（1-x）2AlC的波峰衍射图如图3.4，B是按照Cr：Al：C=2：1：1所的Cr2AlC，C是x=0.95的Ti取代（Crx，Ti（1-x）2AlC。对比可知，加入Ti与

41、不加Ti的Cr2AlC的XRD相差并不大。这可能是由于微波烧结过程比普通烧结快固溶体对烧结的促进作用表现的并不十分明显，但具体的反应机理与产物性能还需深入研究才能验证这种才想是否正确。基于上述情况，我们对Ti取代作用的三组量又做了一系列实验，来观察不同加热时间下，Cr2AlC的效果。图3.4：不同加热时间x=0.95时（Crx，Ti（1-x）2AlC的XRD衍射图图3.4，B是加热6分钟时候的（Crx，Ti（1-x）2AlC（x=0.95）波峰衍射图，此时很少有目标相Cr2AlC，主要存在AlCr2和未反应的C，说明加热6分钟反应温度没有达到生成Cr2AlC的要求。C是加热8分钟时候的（Crx

42、，Ti（1- x）2AlC（x=0.95）波峰衍射图，目标相比较多，效果良好。D是加热10分钟时候的（Crx，Ti（1-x）2AlC（x=0.95）波峰衍射图，此时存在的主相是AlCr2和Cr7C3，加热10分钟时候没有目标相。分析可知，当加热时间过长或者果断都会造成杂相的增多或者完全没有目标相，甚至出现C反应全的情况。时间过短可能是温度达不到而使得物质不能够反应充分。加热时间长温度高而出现此类可能是由于温度过高造成Cr2AlC的分解，但真实的需深入研究。还图3.5中，B是加热6分钟时候的（Crx，Ti（1-x）2AlC（x=0.90）波峰衍射图，此时几乎没有目标相Cr2AlC，主要存在AlC

43、r2和未反应的C，同样说明加热6分钟反应温度没有达到生成Cr2AlC的要求。C是加热8分钟时候的（Crx，Ti（1-x）2AlC（x=0.90）波峰衍射图，目标相比较多，但明显有AlCr2杂质，其波峰明显且多。D是加热10分钟时候的（Crx，Ti（1-x）2AlC（x=0.90）波峰衍射图，此时存在的主相是Cr2AlC有Cr7C3杂质。对比三个波峰图可知，x=0.90时，加热时间过短反应全，延长加热时间能够得到更好的产物相。相比x=0.95，x=0.90时Ti含量增多，延长加热时间反而能促进烧结。这可能是因为Ti含量增多之后需要的时间，更高的温度去促进反应。图3.5：不同加热时间x=0.90时

44、（Crx，Ti（1-x）2AlC的XRD衍射图下图3.6中，B是加热6分钟时候的（Crx，Ti（1-x）2AlC（x=0.85）波峰衍射图，此时主要存在AlCr2和未反应的C，说明加热6分钟温度没能够达到1250，AlCr2与C不能够反映。C是加热8分钟时候的（Crx，Ti（1- x）2AlC（x=0.85）波峰衍射图，此时有主相是Cr2AlC和Cr7C3。D是加热10分钟时候的（Crx，Ti（1- x）2AlC（x=0.85）波峰衍射图，此时存在的相主要有TiC、AlCr2、Cr2AlC和一些未参与反应的C，物相又多又乱。x=0.85时候，加热时间过长过短，杂相都很多很乱，即便是时间相对比较

45、好的8分钟，其中Cr7C3杂相也比x=0.90与x=0.95时候要多，说明x=0.85的Ti取代方式并不可取。图3.6：不同加热时间结论x=0.85时（Crx，Ti（1-x）2AlC的XRD衍射图1、 对比相同烧结时间不同x值与相同x值不同烧结时间时候Ti取代Cr的（Crx，Ti（1-x）2AlC 的XRD衍射图可知，相同烧结时间下，x含量少时Cr2AlC的效果好一些，如100%功率，加热8分钟时候x=0.95能够得到最好的烧结- 7 - 8 -效果。相同x值不同烧结时间的对比能够推出缩短烧结时间，烧结温度不够，反应不能完全进行，延长烧结时间一般情况是不好的，但x=0.90时候相同条件下烧结1

46、0分钟反而比8分钟好，这可能是Ti的添加在一定范围内波动时候，增加 Ti含量需要的烧结时间。2、 对比x=0.95时候Ti取代Cr的（Crx，Ti（1-x）2AlC与Cr：Al：C=2：1：1的比例的Cr2AlC的XRD图可知，Ti 的加入对Cr2AlC影响并不是很明显。故可以只用Cr粉、Al粉、石墨为原料采用微波烧结来Cr2AlC。但Ti取代形成的固溶体（Crx，Ti（1-x）2AlC各项性能可能与单纯的Cr粉、Al粉、石墨为原料的Cr2AlC有所不同，这个需要更深入的检测样品性能之后才能得出结论。总之，本文通过微波烧结的工艺探讨了Cr2AlC陶瓷粉体的可能性，并获得了较纯的目标相Cr2Al

47、C，为工业Cr2AlC提供了新的思路，在提倡低碳环保，节约能源的今天会有更大的发展前景。致谢本次 是在关春龙副教授的指导下完成的。从本学期开始，最初的实验设备的整理到材料的选择，以及实验的整体思路都基于了细致入微的指导与严格的要求，花费了大量的时间和心血。在关 手下，我养成了严谨的治学作风与谦逊的文人态度。很荣幸能够在关 的指导下开展与完成 学识 ，在我将来的学习以及人生的道路上，我都会坚持这种严谨的作风，努力不懈不辜负关对期望。在此，衷心的感谢关在给予指导和帮助。感谢物理张予平在此次中所需要X-射线衍射分析给予的技术支持，得以完成分析讨论这一重要过程。感谢刘欢、刘俊坡、甘泉、王乐同学在此次中

48、的合作实验，在大家的互相帮助下，能够使实验如期顺利完成。感谢四年来在学生的学习和生活上给予关心、支持和鼓励的所有！感谢父母、妹妹在我人生道路上始终如一的关心、鼓励和支持。感谢亲友在学习和生活上的关心。大家！参考文献1W.Jeitschko, H .Nowotny and F.Benesovsky : Monatsh.Chem.,1963,94,672 zhi jun Lin, Mujin Zhuo, Yanchun Zhou, Mei shuan Li and Jing yang Wang. Atomic scale characterization of layered ternary Cr

49、2AlC CeramicJ.JOURNAL OF APPLIED PHYSICS99,076109(2006)3 Tian W B, Wang P L, Zhang G J,. Synthesis and Thermal and Electrical Properties of Bulk Cr2AICJ.Scrip Mater,2006,54(5):8418464 Wang Ping, Mei B C, Hong X L ,. Synthesis of Ti2AIC by hot-Pressing and Its Mechanical and Electrical PropertiesJ. T

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