【摘要】：仿金材料代替稀貴的黃金用于裝飾，具有巨大的市場需求和廣闊的應(yīng)用前景。本文研制出的一氧化鈦基金屬陶瓷仿金新材料綜合性能優(yōu)良，克服了仿金Cu易變色、硬度低和TiN基金屬陶瓷仿金材料制備難度大、價格昂貴的缺點。 采用XRD和EDS，詳細(xì)研究了Ti、TiO_2固-固反應(yīng)合成TiO_x的工藝，從理論上深入分析了固-固反應(yīng)動力學(xué)機(jī)制及各因素對反應(yīng)速度的影響。首次采用“機(jī)械活化-低溫合成”工藝，并以TiH_2代替Ti為還原劑，極大促進(jìn)了固-固合成反應(yīng)，在較低溫度下得到了O分布十分均勻的金黃色一氧化鈦。不僅避免了Ti的高溫?fù)]發(fā)，保證了體系Ti、O量比的穩(wěn)定，而且降低了TiO_x的合成成本。 運用量子化學(xué)、晶體場及化學(xué)成鍵理論，深入分析了中間化合物及一氧化鈦的相對穩(wěn)定性。Ti的外層電子結(jié)構(gòu)、電離勢、軌道分裂特性和YiO、Ti_2O_3歧化反應(yīng)自由能計算結(jié)果，證明一氧化鈦具有較高的穩(wěn)定性。 利用XRD輔以EDS，比較準(zhǔn)確地確定出非化學(xué)計量TiO_x的氧指數(shù)范圍：x=0.828±0.002～1.185±0.004。設(shè)計、制造了固體表面顏色測量裝置，首次利用分光光度法詳細(xì)研究了TiO_x的顏色及其隨氧指數(shù)的變化規(guī)律。通過不同氧指數(shù)TiO_x、24KAu波長-反射率曲線及TiO_x與24KAu間色度差的測定，確定出顏色最接近24KAu的TiO_x氧指數(shù)范圍為1.14～1.16，該范圍內(nèi)TiO_x與24KAu間的色度差為仿金Cu或TiN的60％左右。量子化學(xué)理論分析表明，一氧化鈦發(fā)生電荷躍遷的能量大于可見光光子能量，且不存在n→n或л→л躍遷機(jī)制，而其電子的d-d躍遷是自旋允許的，一氧化鈦的金黃色是Ti~(2+)外層電子發(fā)生d-d躍遷的結(jié)果。隨TiO_x氧指數(shù)增大，O~(2-)場強(qiáng)度增加，造成分裂后的Ti~(2+)的3d軌道間能量差增加，引起TiO_x金黃色逐漸向偏紅方向轉(zhuǎn)變。 一氧化鈦在大氣、家庭氣氛、泥土、人工汗液、K金腐蝕劑、NaCl溶液、濃氨水中的抗變色、耐腐蝕實驗結(jié)果表明，其抗變色、耐腐蝕性能遠(yuǎn)優(yōu)于仿金Cu、TiN基金屬陶瓷仿金材料。一氧化鈦在稀HCl和稀H_2SO_4中腐蝕十分緩慢，不變色。一氧化鈦的顏色、抗變色等性能研究，充分肯定了其用作高檔仿金材料的可行性，為開發(fā)一氧化鈦的應(yīng)用新領(lǐng)域提供了實驗和理論依據(jù)。 首次采用高溫座滴法詳細(xì)研究了Fe、Co、Ni、Cu、Al、Si、Mn、FeCr、Fe-C在TiO_(1.0)、TiO_(1.14)上的潤濕性，借助XRD和EDS對潤濕界面和潤濕機(jī)理進(jìn)行了深入分析，為一氧化鈦陶瓷粘結(jié)相的開發(fā)和金屬／陶瓷澗濕性研究提供了原始資料和理論依據(jù)。Fe、Co、Ni、Al、Mn與TiO_x中的“Ti”(而不單是O)的親和力和相互作用，對它們在YiO_x上 中南大學(xué)博士學(xué)位論文 中文摘要 的潤濕性和界面結(jié)合強(qiáng)度產(chǎn)生了很大影響;Al/TIO、間化學(xué)親和力強(qiáng)，且存在界面反應(yīng)， 但其潤濕性卻很差;C討TIOx、51/TIOx潤濕雖然都存在相間溶解，但C口TIOx潤濕性較S訂TIOx 卻相差甚遠(yuǎn)。這些現(xiàn)象在金屬/陶瓷潤濕性研究中應(yīng)引起重視。 FeCr合金耐蝕性好，但與TIO、潤濕性不良、界面結(jié)合強(qiáng)度差。本研究通過添加合 金元素使其接觸角降至30“以下，并得到了堅固的界面結(jié)合，開發(fā)出在TIO、上潤濕性 好、界面結(jié)合強(qiáng)度高、耐蝕性強(qiáng)、熱膨脹系數(shù)匹配的FeCr困i)si合金粘結(jié)相。借助XRD、 SEM、EDS等分析方法，通過界面相成分分析、對界面處元素的面掃描、線掃描，深入 研究了合金元素的分布及其改善潤濕、形成堅固界面結(jié)合的作用機(jī)理。從熱力學(xué)、動力 學(xué)和量子化學(xué)角度分析了元素Si與TIO、的界面作用。 運用DTA和XRD，分析了Ti01.14一FeCr困i)Si在燒結(jié)過程中粘結(jié)相的合金化及其潤 濕過程，確定了體系液相的出現(xiàn)和形成溫度。通過對燒結(jié)體強(qiáng)度、密度的測量，確定了 不同成分的金屬陶瓷粘結(jié)相中最低Si含量要求。研究了原始粉末粒度、燒結(jié)工藝、粘結(jié) 相含量對金屬陶瓷組織與性能的影響。隨著粘結(jié)相含量增加，金屬陶瓷組織細(xì)化，強(qiáng)、 韌性提高，但其金黃色飽和度降低(粘結(jié)相含量12%以下，其顏色優(yōu)于仿金Cu和TIN)。 利用SEM對金屬陶瓷的斷口進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)粘結(jié)相的加入對一氧化欽陶瓷起到了明 顯的增韌作用，其斷裂為脆性解理斷裂和塑性相韌性斷裂并存。粘結(jié)相中si、Cr的存在 使金屬陶瓷的高溫抗氧化性能有所提高。詳細(xì)研究了TIOI.，4一FeCr(Ni)si金屬陶瓷的性能， 探討了其晶粒長大和塑性相增韌機(jī)理。最后在自行設(shè)計的裝置上測定了 Tiol.14一FeCr(N 1)51導(dǎo)電率，證明了其采用電火花線切割加工的可能性。 研制出的TIOI.14--8%FeCr(Ni)Si仿金材料，橫向抗彎強(qiáng)度達(dá)到600MPa左右，具有較 高的硬度(Hvgoo左右)和韌性(可達(dá)9.3MNm一3與，較低的密度，顏色優(yōu)于仿金cu和 TIN，抗變色性能較仿金Cu、TIN基金屬陶瓷仿金材料高幾十至幾百倍。是一種高檔次 的仿金材料。
【學(xué)位授予單位】：中南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2002
【分類號】：TG148
【圖文】：

為TIO:的還原劑。體系增氧通過調(diào)節(jié)TIO:與TIH:比例矯正。3.4.23實驗結(jié)果圖3一4和圖3一5分別是混合粉末的電鏡照片和Fe含量。不難看出，高能球磨使粉末顆粒細(xì)化，棱角減少，并趨于球化;但引起Fe含量增加。圖3一4一a樣品是用普通混合方法得到的。a一未高能球磨卜高能球磨2小時c一高能球磨4小時d一高能球磨6小時圖3一4混合粉末的SEM照片F(xiàn)ig·3一4SEMmierograPhsofmixtUrePowders

中南大學(xué)博士學(xué)位論文第三章一氧化欽粉末的合成研究末，其物理化學(xué)分析結(jié)果如表3一6所示。圖3一8Ti0X一射線衍射圖Fig.3一8XRDofTio圖3一9燒結(jié)體SEM照片F(xiàn)ig.3一9SEMmierograPhsofsinteredTIOZ+T訊2表3一5圖3一7中不同區(qū)域氧含量Tabl曰一50eontentsindiffe比ntare.sofFig.3一9區(qū)域氧含量(at%)46.1746.5346.2446.77表3一6一氧化欽粉末性能Table3一6ProPertiesofTioPowder物理性能雜質(zhì)含量(wt%Fsss(pm)松t匕(g/em3)o2

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10 景茂祥;韓

本文編號：2731103