辉光机械驱动与放电条件下TiCN系统固态相变查抄袭率理工

摘要：本论文采取X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线能谱（EDS）、X光电子能谱（XPS）及正电子湮灭寿命谱（PALS）等实验手段系统地探讨了机械驱动及放电条件下Ti-C-N系统的物理化学变化规律及反应机理。本论文首先综述了近20年来机械合金化的探讨进展。重点总结了机械合金化的论述模型、反应机理；概述了球磨工艺参数对机械合金化历程以及最终产物形貌、颗粒大小和物相组成等方面的影响；简述了机械活化粉体性能特点及后处理方面的探讨成果；特别对Ti(C,N)粉体制备技术的探讨情况进行了总结和评述。在此基础上阐明了本论文的探讨目的和作用。首先探讨了机械驱动下Ti-N二元系统的固-气反应，成功合成了纳米TiN粉体。浅析了球磨参数对TiN粉末的形貌特点、颗粒大小及相变历程的影响。并以动力学和热力学两方面，浅析了氮气在金属表面的物理和化学吸附向金属氮化物的转变机制。探讨了Ti-C-N三元系统的机械合金化历程，比较了在机械驱动和热驱动下的合成Ti(C,N)固态相变规律。发现机械驱动下Ti(C,N)通过机械诱发自蔓延反应直接获得，但热驱动下Ti(C,N)的合成遵循逐步扩散机制。即：N原子首先向Ti的晶格中扩散，然后形成含氮量逐步提升的TiN_(0.26)相和Ti_2N相。当退火温度等于或高于800℃时，C原子和N原子的相互扩散形成Ti(C,N)固溶体。探讨了球磨能量对机械驱动对Ti-C-N三元系统固态相变的影响。有效强度因子在89.64～316.85KJ/(g·s)范围内，机械驱动下制备Ti(C,N)粉体遵循机械诱发自蔓延反应机制。球磨机转速的提升使得单个磨球运动的线速度、磨球的碰撞频率及每次碰撞中传递给粉体的能量增加更为显著。粉体内能的显著增加使自蔓延反应的点燃温度迅速下降，反应的孕育时间缩短。探讨了辉光放电和弧光放电处理下机械活化Ti-N二元系粉体的固态相变规律。发现TiN的合成在两种放电方式下遵循不同的反应历程。辉光放电辅助下，机械活化粉体的反应遵循TiN_(0.26)→Ti_2N→TiN的反应历程。弧光放电处理时直接生成TiN相。两种放电处理形式均能推动TiN的合成，其中弧光放电作用更显著。探讨了辉光放电和弧光放电处理下机械活化的Ti-C-N三元系粉体的固态相变规律。在两种放电处理下，Ti(C,N)的合成均遵循放电诱发下自蔓延反应机制。随着辉光放电功率的提升，高能粒子对粉体表面的碰撞显著提升粉体的温度，加速了碳、氮原子在Ti晶格中的相互扩散，加速反应点燃速度，更有利于Ti(C,N)的合成。在弧光放电处理历程中，球磨阶段单位质量粉体储存的能量为Et0.81109J/g时，反应均能完全进行。点火时间随着E t的增加而缩短。当Et1.29109J/g时，粉体可在瞬间点燃。以不同Ti/C摩尔比的混合粉为对象，探讨了机械驱动及弧光放电辅助下Ti(C_(1-x),N_x)固溶体的快速合成。在机械驱动下，当混合粉体中C含量为30at%时，反应产物中出现中间相Ti_2N；C含量降为15at%时，反应产物包含Ti(C,N)、中间相Ti_2N及微量未反应的Ti粉。弧光放电处理时，随着机械活化时间的延长，反应产物包含的中间相Ti_2N和未反应Ti粉的含量减少，生成Ti(C_(1-x),N_x)固溶体的晶格常数逐渐变大，X值则相应变小，固溶体中的含氮量降低。机械驱动下生成的Ti(C_(1-x),N_x)固溶体的X值的范围是0.19～0.96；机械驱动及弧光放电辅助下生成的Ti(C_(1-x),N_x)固溶体的X值的范围是0.012～0.92。关键词：机械合金化论文辉光放电论文弧光放电论文固态相变论文自蔓延反应论文Ti(C_(1-x)论文N_x)固溶体论文纳米材料论文

摘要4-6

ABSTRACT6-15

第一章 绪论15-37

1.1 引言15

1.2 机械合金化原理15-22

1.2.1 机械合金化历程的反应机制16-19

1.2.3 机械合金化的论述模型19-22

1.3 影响机械合金化历程的主要因素22-28

1.3.1 原始粉末22-24

1.3.2 机械合金化装置24-26

1.3.3 机械合金化工艺参数26-28

1.4 机械活化及后处理28-30

1.4.1 机械活化的粉体特点28-29

1.4.2 后处理29-30

1.5 Ti(C,N)粉体的结构、性能及制备30-34

1.5.1 TiN 的结构、性能及用途30-31

1.5.2 Ti(C,N)粉体的结构及性能31-32

1.5.3 Ti(C,N)粉体制备32-34

1.6 本论文的探讨目的和作用34-36

1.6.1 探讨目的和作用34-35

1.6.2 探讨内容35-36

1.7 技术路线36-37

第二章 试验材料的制备及表征策略37-43

2.1 引言37

2.2 试验案例37

2.3 试验粉体的制备37-40

2.3.1 配料37

2.3.2 机械合金化37-38

2.3.3 放电处理38-40

2.4 试验粉体的原始条件40

2.5 试验产物的表征策略40-43

2.5.1 X 射线衍射法40-41

2.5.2 X 射线光电子能谱浅析41

2.5.3 正电子湮灭寿命谱浅析41

2.5.4 扫描电镜浅析41

2.5.5 透射电镜浅析41-43

第三章 机械驱动下 Ti-N 二元系统的固-气反应43-55

3.1 引言43

3.2 实验历程43

3.3 实验结果及浅析43-54

3.3.1 Ti-N 系的机械合金化43-45

3.3.2 球料比对 Ti-N 系固气反应的影响45-48

3.3.3 机械驱动下合成 TiN 的界面反应机制48-54

3.4 本章小结54-55

第四章 机械驱动下 Ti-C-N 三元系统的相变55-71

4.1 引言55

4.2 实验历程55-56

4.3 实验结果及浅析56-70

4.3.1 Ti-C-N 系的机械合金化56-60

4.3.2 机械活化 Ti-C-N 系混合粉体的热反应60-63

4.3.3 机械驱动下 Ti(C,N)的自蔓延反应机制63-65

4.3.4 球磨能量对机械驱动下 Ti(C,N)合成的影响65-70

4.4 本章小结70-71

第五章 机械驱动及放电条件下 Ti-N 二元系统的相变71-84

5.1 引言71-72

5.2 实验历程72-73

5.3 实验结果及浅析73-82

5.3.1 机械驱动及辉光放电条件下 Ti-N 系的相变73-78

5.3.2 机械驱动及弧光放电条件下 Ti-N 系的相变78-82

5.4 本章小结82-84

第六章 机械驱动及放电条件下 Ti-C-N 三元系的相变84-106

6.1 引言84

6.2 实验历程84-85

6.3 实验结果及浅析85-105

6.3.1 机械驱动及辉光放电条件下 Ti-C-N 系的合成85-90

6.3.2 机械驱动及弧光放电条件下 Ti-C-N 系的合成90-94

6.3.3 工艺参数对 Ti-C-N 系相变的影响94-105

6.4 本章小结105-106

第七章 Ti(C_(1-x),N_x)固溶体粉末的制备106-118

7.1 引言106

7.2 实验历程106

7.3 实验结果及浅析106-117

7.3.1 机械合金化法制备 Ti(C_(1-x),N_x)固溶体106-113

7.3.2 机械驱动及弧光放电下 Ti(C_(1-x),N_x)固溶体的合成113-117

7.4 本章小结117-118

第八章 全文总结118-121

8.1 全文主要结论118-119

8.2 本论文的革新之处119-121