【摘要】：準(zhǔn)晶是具有準(zhǔn)周期平移格子構(gòu)造的固體，其中的原子常呈定向有序排列，但不作周期性平移重復(fù)，其對(duì)稱要素包含與晶體空間格子不相容的對(duì)稱（如5次對(duì)稱軸），準(zhǔn)晶的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)通常介于晶體和非晶體之間，可以具有晶體所不允許的特殊宏觀對(duì)稱性。準(zhǔn)晶合金因其獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)、介穩(wěn)的理化性質(zhì)，以及潛在的多種性能應(yīng)用，使得其理論與應(yīng)用研究處于科學(xué)研究熱點(diǎn)，相關(guān)研究成果于2011年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。目前世界上準(zhǔn)晶的研究十分活躍，中國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、日本和美國(guó)的科研工作者都開(kāi)展了相關(guān)工作，預(yù)計(jì)在未來(lái)若干年中，它的低摩擦、耐腐蝕、耐熱性和非粘性會(huì)進(jìn)一步被開(kāi)發(fā)利用于材料領(lǐng)域。Ti基準(zhǔn)晶合金作為除鋁基準(zhǔn)晶合金外最大的準(zhǔn)晶體系，其在傳輸性能、力學(xué)性能、表面性能、貯氫性能、光學(xué)性能等方面的研究具有極其重要的理論與應(yīng)用價(jià)值。遺憾的是，Ti基準(zhǔn)晶合金形成能力有限，導(dǎo)致大尺寸Ti基準(zhǔn)晶合金材料較難制備，這直接限制了其相關(guān)物理/化學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性能、以及功能特性等方面的系統(tǒng)研究。因此，制備出大尺寸Ti基準(zhǔn)晶合金材料是為深入研究該材料性質(zhì)、性能的前提。 本工作針對(duì)“大尺寸Ti基準(zhǔn)晶合金材料”制備這個(gè)行業(yè)的瓶頸問(wèn)題，通過(guò)制備高純度Ti40.83Zr40.83Ni18.34準(zhǔn)晶合金粉末，然后采用壓制成型熱處理、熱壓燒結(jié)、超高壓制備（超高壓、超高壓高溫）、以及等離子放電燒結(jié)等方法，分別制備大尺寸準(zhǔn)晶合金塊體材料；并借助多種表征與測(cè)試手段，對(duì)制備樣品的微觀結(jié)構(gòu)、相組成、力學(xué)性能、摩擦磨損性能、熱導(dǎo)性能、電導(dǎo)性能、磁學(xué)性能等開(kāi)展了研究，相關(guān)研究結(jié)果如下： （1）采用壓制成型熱處理、熱壓燒結(jié)、超高壓制備（超高壓、超高壓高溫）和等離子放電燒結(jié)方法均可以制備出大尺寸Ti40.83Zr40.83Ni18.34準(zhǔn)晶合金塊體材料。樣品直徑為9-15mm，其高度為2-9mm。各方法合成的樣品均具有準(zhǔn)晶的I相特征峰（36°和39°的兩個(gè)特征峰），且準(zhǔn)晶含量高，雜相成分極少。 （2）力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明：壓制成型熱處理制備樣品易出現(xiàn)起翹、破裂和凹陷等缺陷，成形性較差；熱壓燒結(jié)法方便快捷，制備尺寸可變范圍大，但樣品強(qiáng)度較低；超高壓高溫制備方法制備的樣品具有高耐磨性，但樣品尺寸限制在厘米級(jí)；等離子放電燒結(jié)方法制得的塊體致密度大（密度值為5.83g cm-3，約為理論密度的97.46%），其硬度、抗壓強(qiáng)度和最大變形量均最高，分別為716(Hv)、662MPa和2.65%。 （3）摩擦磨損性能測(cè)試結(jié)果表明：各種方法制備樣品的摩擦系數(shù)在0.40-0.59的范圍；摩擦系數(shù)的高低與樣品致密度、強(qiáng)度和剛度的有關(guān)。測(cè)試的壓力、摩擦速率、摩擦總時(shí)間以及摩擦溫度分別增大，均會(huì)導(dǎo)致準(zhǔn)晶塊體材料的摩擦磨損系數(shù)減小，但減小幅度逐漸減弱直至穩(wěn)定；其磨損體積均隨壓力、摩擦速率、摩擦總時(shí)間以及摩擦溫度的增高而增加。 （4）對(duì)具有最優(yōu)機(jī)械性能的等離子放電燒結(jié)樣品測(cè)試了材料的熱電和磁學(xué)性能。熱電性能測(cè)試結(jié)果表明：Ti40.83Zr40.83Ni18.34準(zhǔn)晶合金塊體材料熱導(dǎo)率為3.88WK-1m-1、電導(dǎo)率為3.36×105-1m-1、賽貝克系數(shù)為3.26×10-6VK-1；室溫下（20℃）熱電系數(shù)ZT值為2.76×10-4，ZT值隨著溫度升高而降低，當(dāng)溫度為600℃時(shí)，ZT值為2.06×10-4。磁學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明：樣品矯頑力為25.85(Oe)，剩磁為0.01emug-1，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.65emug-1。 本工作制備的大尺寸Ti40.83Zr40.83Ni18.34準(zhǔn)晶合金塊體材料對(duì)推進(jìn)該類準(zhǔn)晶塊體材料在性質(zhì)/性能研究方面具有應(yīng)用基礎(chǔ)意義。此外，本工作對(duì)各種制備方法的優(yōu)劣的對(duì)比，將為高性能大尺寸準(zhǔn)晶合金塊體材料制備方法的選擇提供依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TF124
【圖文】：

圖 1.1 準(zhǔn)晶旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸示意圖(a) 五次，(b) 八次，(c) 十次，(d) 十二次Fig. 1.1 The sketch map of the quasicrystalline’s rotation axis of symmetry(a) 5-axis, (b) 8-axis, (c) 10-axis, (d) 12-axis rotation symmetry.準(zhǔn)晶合金的結(jié)構(gòu)晶在結(jié)構(gòu)上，是由對(duì)稱重復(fù)的小的單元組成的，這些小的單元的平面排元體來(lái)看，存在相當(dāng)?shù)臏?zhǔn)周期性，整個(gè)結(jié)構(gòu)周期排布且填滿整個(gè)空間。，因三維準(zhǔn)晶多與二十面體有關(guān)，除了旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸之外，還具有 15 個(gè)稱中心，其基本的結(jié)構(gòu)單元是兩個(gè)菱面體，且這兩個(gè)菱面體邊長(zhǎng)相同，圖 1.2 所示）[22]。維準(zhǔn)晶的陣點(diǎn)的排列是準(zhǔn)周期的：因?yàn)槲宕屋S在菱面體邊長(zhǎng)上有六個(gè)，六個(gè)五次軸，分別作為不同方向的單位矢量，命名為 a1，a2，a3，a4，

圖 1.2 三維準(zhǔn)晶單元體(a) 尖菱面體，(b) 厚菱面體Fig. 1.2 Unit body of the three-dimensional quasicrystalline(a) Sharp rhododendron, (b) Thick rhododendron.具有五次旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸的的準(zhǔn)晶體，其在透射電子顯微鏡下呈現(xiàn)獨(dú)特 1.3a 所示，中心處為光源，其結(jié)構(gòu)單元為正五邊形，在空間幾何點(diǎn)構(gòu)為 1.3b 中所示模型，其中由兩種具有不同角度的四邊形布滿平面兩種三維菱面體的一個(gè)表面[24]。

圖 1.2 三維準(zhǔn)晶單元體(a) 尖菱面體，(b) 厚菱面體Fig. 1.2 Unit body of the three-dimensional quasicrystalline(a) Sharp rhododendron, (b) Thick rhododendron.于具有五次旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸的的準(zhǔn)晶體，其在透射電子顯微鏡下呈現(xiàn)獨(dú)特的衍圖 1.3a 所示，中心處為光源，其結(jié)構(gòu)單元為正五邊形，在空間幾何點(diǎn)陣排結(jié)構(gòu)為 1.3b 中所示模型，其中由兩種具有不同角度的四邊形布滿平面，這表兩種三維菱面體的一個(gè)表面[24]。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號(hào)：2798423