Ga-In-Pd三元相圖的熱力學計算和實驗研究
發(fā)布時間：2020-07-24 02:37
【摘要】：Pd基合金在半導體,航空航天,汽車制造、醫(yī)療等科技領域具有廣泛的應用,并且Pd基低熔點合金的設計在石墨烯制備方面具有潛在的應用前景。Ga-In-Pd相圖數(shù)據(jù)庫的建立可為此合金的廣泛應用奠定重要的基礎。本課題的主要工作是Ga-In-Pd三元系相圖的熱力學計算和實驗研究,為建立Ga-In-Pd三元合金的熱力學數(shù)據(jù)庫提供可靠的實驗數(shù)據(jù)和熱力學參數(shù)。主要研究結果如下:利用相圖計算(CALPHAD)技術,搜集相關實驗數(shù)據(jù),采用Pandat熱力學軟件優(yōu)化計算Ga-Pd二元系相圖,獲得一組自洽的熱力學參數(shù)。其中,液相與端際溶體相Fcc-Pd采用替換溶體模型,用Redlich-Kister(R-K)多項式描述過剩吉布斯自由能;對于GaPd_2固溶體,本文采用亞點陣模型(Ga,Pd)(Pd)_2;其它二元中間化合物均處理為化學計量比化合物,根據(jù)Neuman-Kopp規(guī)則確定吉布斯自由能表達式。利用相圖計算(CALPHAD)技術,結合本工作優(yōu)化得到的Ga-Pd二元系參數(shù)和文獻報道的Ga-In及In-Pd二元系熱力學參數(shù),采用pandat熱力學軟件外推Ga-In-Pd三元系相圖。另外也計算了Ga-In-Pd三元系液相面的投影圖、300℃和500℃等溫截面圖。制備了Ga-In-Pd三元合金在300℃和500℃下的長時間退火樣品,通過掃描電鏡(SEM)和X射線衍射(XRD)實驗,分析其平衡相,并和外推計算結果進行對比分析。采用差示掃描量熱法(DSC)探究樣品變溫過程中的相變。將DSC實驗數(shù)據(jù)和計算結果進行對比,進一步分析了Ga-In-Pd三元合金變溫過程中的相變過程,證明了一些相變反應的存在。
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.36
【圖文】：
圖 1-1 相變過程中 a): 液態(tài) Cu (>1120℃)，b): 液態(tài) Cu 固化表面(≈1085℃ 中) 和固態(tài) Cu (<1000℃ 右)的碳分布示意圖[22]Fig.1-1 Schematic illustration of the carbon distribution in liquid Cu (a), the solidifiedsurface of liquid Cu (b), and solid Cu (c) during the phase transition[22].1.1.3 Ga-In-Pd 合金在醫(yī)學領域的應用研究銀貢合金作為齒科填充材料已具有一百六十多年的歷史，但醫(yī)學界一直對存在爭論：作為一種和人體直接接觸的生物材料，齒科填充原料對人體必須是毒的，并且擁有優(yōu)異的生物相容性。而汞會在常溫下產(chǎn)生揮發(fā)，揮發(fā)的汞蒸氣汞化合物大多具有劇毒（慢性），因此汞合金不適宜用于牙齒的填充材料。雖在臨床應用中，部分可用復合樹脂代替汞合金修復牙齒，但其存在如下缺點：操作過程復雜：需要酸腐蝕，并且需要使用粘結劑；②機械性能差：易磨損，緣容易產(chǎn)生裂紋等，因此復合樹脂無法取代汞合金。而鎵合金是一種對人體無的，對環(huán)境無害的新型功能材料。Ga-Cu-Sn、Ga-Ag-Cu-Su、Ga-Au、Ga-Pd 、Pd-Sn 等不同成分的鎵合金已被研究并進行了多項性能評估：
圖 1-2 主要的相圖測定方法 method of determination of phas將兩種材料焊合在一起獲得而在兩種材料之間形成了過布。擴散偶法最早是由 Gi散偶法發(fā)展為獲得金屬合法，實驗工作量可以很大程圖的測量進程。用擴散偶法合金經(jīng)常使用單相合金作為基準
上海交通大學碩士學位論文(G)作為模型函數(shù)。 Gibbs 法則：在一個物質不變，可以和外界發(fā)生能量互換的封閉過程總是向著吉布斯自由能減小的趨勢進行。當一個體系處在有相的吉布斯自由能之和最小，每一種組元在所有相中的化學 所示，化學勢相等條件（公切線法則）：兩平衡相成分就是其曲線的公切線的切點成分，成分處在兩切點之間的體系是兩相熱力學理論，假如已知任意溫度下自由能-成分曲線，通過求能之和最小及化學勢相等方程組，則可以計算出相圖。吉布斯和所有熱力學數(shù)據(jù)的紐帶[37]。
本文編號：2768194
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.36
【圖文】：
圖 1-1 相變過程中 a): 液態(tài) Cu (>1120℃)，b): 液態(tài) Cu 固化表面(≈1085℃ 中) 和固態(tài) Cu (<1000℃ 右)的碳分布示意圖[22]Fig.1-1 Schematic illustration of the carbon distribution in liquid Cu (a), the solidifiedsurface of liquid Cu (b), and solid Cu (c) during the phase transition[22].1.1.3 Ga-In-Pd 合金在醫(yī)學領域的應用研究銀貢合金作為齒科填充材料已具有一百六十多年的歷史，但醫(yī)學界一直對存在爭論：作為一種和人體直接接觸的生物材料，齒科填充原料對人體必須是毒的，并且擁有優(yōu)異的生物相容性。而汞會在常溫下產(chǎn)生揮發(fā)，揮發(fā)的汞蒸氣汞化合物大多具有劇毒（慢性），因此汞合金不適宜用于牙齒的填充材料。雖在臨床應用中，部分可用復合樹脂代替汞合金修復牙齒，但其存在如下缺點：操作過程復雜：需要酸腐蝕，并且需要使用粘結劑；②機械性能差：易磨損，緣容易產(chǎn)生裂紋等，因此復合樹脂無法取代汞合金。而鎵合金是一種對人體無的，對環(huán)境無害的新型功能材料。Ga-Cu-Sn、Ga-Ag-Cu-Su、Ga-Au、Ga-Pd 、Pd-Sn 等不同成分的鎵合金已被研究并進行了多項性能評估：
圖 1-2 主要的相圖測定方法 method of determination of phas將兩種材料焊合在一起獲得而在兩種材料之間形成了過布。擴散偶法最早是由 Gi散偶法發(fā)展為獲得金屬合法，實驗工作量可以很大程圖的測量進程。用擴散偶法合金經(jīng)常使用單相合金作為基準
上海交通大學碩士學位論文(G)作為模型函數(shù)。 Gibbs 法則：在一個物質不變，可以和外界發(fā)生能量互換的封閉過程總是向著吉布斯自由能減小的趨勢進行。當一個體系處在有相的吉布斯自由能之和最小，每一種組元在所有相中的化學 所示，化學勢相等條件（公切線法則）：兩平衡相成分就是其曲線的公切線的切點成分，成分處在兩切點之間的體系是兩相熱力學理論，假如已知任意溫度下自由能-成分曲線，通過求能之和最小及化學勢相等方程組，則可以計算出相圖。吉布斯和所有熱力學數(shù)據(jù)的紐帶[37]。
【參考文獻】
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1 張云峰;郭昭華;池君洲;王永旺;陳東;;金屬鎵的資源分布情況及應用現(xiàn)狀[J];中國煤炭;2014年S1期
2 朱協(xié)彬;段學臣;;銦的應用現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J];稀有金屬與硬質合金;2008年01期
3 郝士明;局域平衡原理與相圖的擴散偶法測定[J];材料與冶金學報;2003年03期
4 馮本政,童澤新,杜軍;銀鎵合金牙齒充填材料初步報告[J];牙體牙髓牙周病學雜志;2001年05期
5 徐鋼梅;鎵合金的性能及其臨床應用前景[J];口腔材料器械雜志;1996年04期
本文編號：2768194
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