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机械合金化技术作为一种制备新型材料的有效方法已经获得了广泛的应用,利用该方法可以获得常规条件下很难合成的具有独特性能的一些新型材料。利用机械合金化诱发的化合反应,人们已经应用成功制备了包括难熔碳化物在内的许多新材料。但是,一直以来,研究人员的重点主要集中在材料的合成和性能提高上,而相对忽略了对机械合金化过程和机理的分析。 本文主要对机械合金化技术在碳化物制备中的应用进行了研究并对不同工艺对于球磨效果的影响及球磨过程和机理进行了探讨。实验设备是行星式高能球磨,实验用的原料有金属元素粉末、氧化物和石墨等,原料按照一定配比混合装入密封球磨罐中,在球磨不同的时间之后,进行取样分析。主要的分析手段是X射线衍射和扫描电镜。 首次在室温情况下利用行星球磨机对V2O5、Mg和石墨三者为反应物进行球磨,得到了晶态碳化钒。对比WO3-Mg-C和V2O5-Mg-C这两个反应体系发现,V2O5-Mg-C体系是一个自蔓延高温合成反应,从反应物到产物的相变是在一个很短的时间内完成的。在本实验条件下,反应的触发时间在球磨24小时到24.5小时之间。当球磨产物VCx在高于750℃的温度下面退火1小时之后,就转变成为V8C7。VCx和V8C7都是NaCl型晶体结构,VCx晶体中的C空位是随机分布在晶格中的,而VCx退火后形成的V8C7其C空位却是有规律地排列的。并首次证明从VCx到V8C7的相变只是一个空位有序化的相变。 W50C50在高能球磨机下球磨,在不同的球磨时间下进行观察,部分碳原子以间隙原子的形式进入溶剂金属的晶格中,形成间隙型固溶体。在整个球磨过程中,W晶粒在一直减小,而其点阵参数则是先减小后增大,这是由于碳原子逐渐从W的缺陷、表面和界面处向其点阵内部扩散而形成固溶体的缘故。 比较了湿法球磨与干法球磨的球磨效果,两者之间的球磨效果在球磨初始阶段相差不大,但是随着球磨时间的延长,湿法球磨的球磨效果就比不上干法了,这是由于液体的润滑作用减小了原料与球磨介质及原料相互之间的摩擦,而剪切摩擦是颗粒粒度较细的情况下减小颗粒粒度的主要手段。 首次使用了碳纳米管作为碳源与W进行球磨,随着球磨时间的延长,球磨产物中的非晶相越来越多,但没有生成期望得到的WC或W2C等新相,这说明浙江大学硕士学位论文向WC转变的要求越过较高的势垒,而球磨能量不足以诱发反应的发生,机械合金化反应过程不光受到热力学因素的影响,还受到动力学因素的控制。 对WO3一Mg·Wo3一VZOS一Mg、WO3一Mg一e、ero3一Mg一e等几个不同的反应体系球磨进行观察,这些反应体系都发生了自蔓延反应,但是发生反应的时间各不相同。在机械合金化过程中要发生自蔓延高温合成反应,首先反应本身应该是一个能大量放出热量的反应。而在球磨过程中,石墨并非未参与机械合金化诱导的反应,但它会对反应的发生时间产生影响。而不同的原料配比也会对反应的发生产生一定的影响。自蔓延高温合成反应过于剧烈会以爆炸反应的方式得以表现出来。关键词:机械合金化碳化钒自蔓延高温合成反应固溶体非晶湿法球磨