现代材料制备技术 第十章_金属间化合物的制备
SnSb金属间化合物的制备及其高硫原油脱硫性能研究
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａｃ ｔ ： Ｓｎ Ｓｂ ｉ ｎｔ ｅ ｒ ｍｅ ｔ ａｌ ｌ ｉ ｃ ｗａ ｓ ｓ ｙ ｎｔ ｈｅ ｓ ｉ ｚ ｅ ｄ ｉ ｎ ａｑ ｕｅ ｏｕｓ ｓ ｏ ｌ ｕｔ ｉ ｏｎ ａ ｎｄ ｏｒ ｇａ ｎ ｉ ｃ ｓ ｏｌ ｖｅ ｎｔ ｕｓ ｉ ｎ ｇ Ｓｎ ＣＩ ２ ・ Ｈ ２ Ｏ ， ＳｂＣＩ ３ ａ ｓ ｍ ｅ ｔ ａ ｌ ｐｒ ｅ ｃ ｕ ｒ ｓ ｏｒ ｓ， Ｎａ ＢＨ ４， Ｚｎ ａ ｓ ｒ ｅ ｄｕｃ ｉ ｎ ｇ ａ ｇｅ ｎ ｔ ，ｒ ｅ ｓ ｐｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ． Ｔｈｅ ＸＲＤ ， ＳＥＭ ， ＥＤＳ， ｐ ａｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｒ ａｎ ｄ ＢＥＴ ｗｅ ｒ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｃ ｈ ａｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ｅ ｔ ｈｅ ｐｈ ａｓ ｅ， ｍ ｏｒ ｐｈ ｏｌ ｏ ｇｙ， ｐａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ｉ ｚ ｅ ａ ｎｄ ｐ ｏｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕｒ ｅ ｏ ｆ ＳｎＳｂ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｍｅ ｔ ａ ｌ ｌ ｉ ｃ ． Ｔｈｅ ｐｏ ｗｅ ｒ ｄｅ ｓ ｕｌ ｐ ｈｕｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ０ ｎ
Ｃｈ ｉ ｎ ａ；４ ． Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ，Ｃｈ ｉ ｎ ａ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｐｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ ，Ｑｉ ｎ ｇ ｄ ａ ｏ Ｓ ｈ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｇ ２ ６ ６ ５ ８ ０ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ）
２ ６凿
211084146_Nb3Sn_金属间化合物材料的制备技术及其研究发展现状和发展趋势
科学研究创Nb3Sn金属间化合物材料的制备技术及其研究发展现状和发展趋势江涛（西安石油大学材料科学与工程学院陕西西安710065）摘 要：N b3Sn金属间化合物材料具有很多优秀的性能，如较高的熔点、较高的密度、较高的力学性能，以及良好的耐磨损性能、良好的抗高温氧化性能、良好的耐腐蚀性能等。
此外，Nb3Sn金属间化合物材料还是具有超导性能的超导材料。
本文主要叙述了Nb3Sn金属间化合物材料的研究发展现状，并对Nb3Sn金属间化合物材料的未来研究发展趋势和发展方向进行分析和预测。
关键词：N b3Sn金属间化合物制备技术研究发展现状发展趋势中图分类号：T G146.15文献标识码：A文章编号：1674-098X(2022)09(c)-0005-07 Preparation Technology, Research Status and DevelopmentTrend of Nb3Sn Intermetallic Compound MaterialsJIANG Tao(School of Materials Science and Engineering, Xi'an Shiyou University, Xi'an, Shaanxi Province,710065 China)Abstract:Nb3Sn intermetallic compound materials exhibit many excellent properties, such as high melting point, high density, high mechanical property and excellent wear resistance, excellent high temperature oxidation resistanceand excellent corrosion resistance. In addition, Nb3Sn intermetallic compounds are superconducting materials withsuperconducting properties. This paper mainly describes the research and development status of Nb3Sn intermetalliccompound materials, and analyzes and forecasts the future research and development trend of Nb3Sn intermetallic compound materials.Key Words: Nb3Sn intermetallic compounds; Preparation technology; Research and development status; Develop-ment trendNb3Sn金属间化合物材料具有很多优秀的性能，如较高的力学性能和良好的耐磨损性能、良好的抗高温氧化性能和良好的耐腐蚀性能及良好的超导性能等。
NiAl金属间化合物的制备技术_姜肃猛
第24卷第5期辽宁工学院学报Vo l.24 N o.5 2004年10月JOU RNAL OF LIAONING INST ITU TE OF T ECHNOLOGY Oct.2004 NiAl金属间化合物的制备技术姜肃猛,齐义辉(辽宁工学院材料与化学工程学院,辽宁锦州 121001)摘 要:综述了N iA l金属间化合物的制备技术,包括熔模铸造、单晶制备、定向凝固、热压和热等静压、热挤压、扩散结合、机械合金化和燃烧合成等,并分析了这些制备技术的研究现状、优缺点、存在的问题及可能的解决方法。
关键词:金属间化合物;N iA l;制备技术中图分类号:T G136.1 文献标识码:B 文章编号:1005-1090(2004)05-0043-06Preparation Techniques of NiAl IntermetallicsJIANG Su-meng,QI Yi-hui(M aterials&C hemical E ngineering College,L iaoning Ins titute of T echnology,Jinzhou121001,China)Key words:inerm etallics;NiAl;preparation techniqueAbstract:T he preparation techniques o f NiAl interm etallics,including investment casting,single cr ystal preparation,directional so lidification,hot pressing,ho t isostatic pressing,hot ex trusion, diffusion bo nding,mechanical alloying,combustion synthesis,etc are review ed.Both advantag es and disadv antages as w ell as the reso lvents for these preparation techniques ar e also analy zed. 自20世纪70年代以来,金属间化合物作为新型功能材料和结构材料得到了广泛深入的研究和发展[1]。
金属间化合物
④由于存在离子键或共价键，故金属间化合物往往硬而脆（强度高，塑性差）。但又因存在金属键的成分， 也或多或少具有金属特性（如有一定的塑性、导电性和金属光泽等）。
应用介绍
金属间化合物具有与原金属不同的结晶结构和原子结构，能形成新的有序超点阵结构，具有许多与众不同的 性质，而有别于目前广泛应用的金属或合金。在近几十年里得到了快速发展，应用领域也在逐渐扩大。
（1）高温应用 金属间化合物由于具有优于高温合金的耐热性、高的比强度、高的比寿命、高的导热性和高的抗氧化性，以 及具有优于陶瓷材料的韧性和良好的热加工性而受到广泛**，尤其受到航空部门的青睐。 金属间化合物（2）电磁应用 金属间化合物作为电磁材料是功能材料的一个分支，广泛应用于能源、通讯等领域。制成的磁性元器件具有 多种功能，如转换、传递、处理信息和存储能量等。 （3）超导材料 限制超导材料广泛应用的主要问题是超导转变温度太低，附加的冷却设备复杂。 （4）其他应用 用做贮氧材料、牙科材料等。
术语介绍
两种金属的原子按一定比例化合，形成与原来两者的晶格均不同的合金组成物。
金属间化合物 金属间化合物与普通化合物不同，其组成可在一定范围内变化，组成元素的化合价很难确定， 但具有显著的金属结合键。
其化学成分通常符合AmBn形式， 在金属功能材料中，有结构材料，如Ni3Ti、Ni3A1、NiAl、Fe3Al、FeAl、 Ti3Al和TiAl等可用作高温结构材料；磁性材料YCo5、 PcOsNd2Fe14B，形状记忆合金NiT，半导体材料GaAs、 InP，超导材料 Nb3Sn、V3Ga，储氢材料Lanis、FeTi、Mg2Ni等。
金属间化合物
1、什么是金属间化合物，性能特征？答：金属间化合物：金属与金属或金属与类金属之间所形成的化合物。
由两个或多个的金属组元按比例组成的具有不同于其组成元素的长程有序晶体结构和金属基本特性的化合物。
金属间化合物的性能特点：力学性能：高硬度、高熔点、高的抗蠕变性能、低塑性等；良好的抗氧化性；特殊的物理化学性质：具有电学、磁学、声学性质等，可用于半导体材料、形状记忆材料、储氢材料、磁性材料等等。
2、含有金属间化合物的二元相图类型及各自特点？答：熔解式金属间化合物相：在相图上有明显的熔化温度，并生成成分相同的液相。
通常具有共晶反应或包晶反应。
化合物的熔点往往高于纯组元。
分解式金属间化合物相：在相图上没有明显的熔解温度，当温度达到分解温度时发生分解反应，即β＜＝＞L+α。
常见的是由包晶反应先生成的。
化合物的熔点没有出现。
固态生成金属间化合物相：通过有序化转变得到的有序相。
经常发生在一定的成分区间和较无序相低的温度范围。
通过固态相变而形成的金属间化合物相，可以有包析和共析两种不同的固态相变。
3、金属间化合物的溶解度规律特点？答：（1）由于金属间化合物的组元是有序分布的，组成元素各自组成自己的亚点阵。
固溶元素可以只取代某一个组成元素，占据该元素的亚点阵位置，也可以分布在不同亚点阵之间，这导致溶解度的有限性。
（2）金属间化合物固溶合金元素时有可能产生不同的缺陷，称为组成缺陷（空位或反位原子）。
但M元素取代化合物中A或B时，A和B两个亚点阵中的原子数产生不匹配，就会产生组成空位或组成反位原子（即占领别的亚点阵位置）。
（3）金属间化合物的结合键性及晶体结构不同于其组元，影响溶解度，多为有限溶解，甚至不溶。
表现为线性化合物。
（4）当第三组元在金属间化合物中溶解度较大时，第三组元不仅可能无序取代组成元素，随机分布在亚点阵内，而且第三组元可以从无序分布逐步向有序化变化，甚至生成三元化合物。
4、金属间化合物的结构类型及分类方法？（未完）答：第一种分类方法：按照晶体结构分类（几何密排相（GCP相）和拓扑密排相（TCP相））。
Al-Mg金属间化合物多孔材料的制备
Al-Mg金属间化合物多孔材料的制备何文远;肖逸锋;吴靓;许艳飞;钱锦文;郑学军;贺跃辉【摘要】以Al和Mg元素混合粉末为原料,用粉末冶金模压成形和无压反应烧结方法制备出Al-Mg金属间化合物多孔材料,研究反应过程中Al-Mg金属间化合物多孔材料的相转变、体积膨胀、孔结构参数和显微形貌的变化,并对其孔隙形成机理进行讨论.研究结果表明:烧结后Al-Mg金属间化合物形成了均一的Al3Mg2相并发生了显著的体积膨胀,开孔隙率随温度的升高而增大,经435℃烧结后,达到24.7%;造孔机理是压制过程中粉末颗粒间隙孔的产生和固相扩散过程中的Kirkendall效应造孔.【期刊名称】《粉末冶金材料科学与工程》【年(卷),期】2016(021)002【总页数】6页(P223-228)【关键词】Al-Mg;金属间化合物;多孔材料;粉末冶金;Kirkendall效应【作者】何文远;肖逸锋;吴靓;许艳飞;钱锦文;郑学军;贺跃辉【作者单位】湘潭大学机械工程学院,湘潭 411105;湘潭大学机械工程学院,湘潭411105;湘潭大学机械工程学院,湘潭 411105;湘潭大学机械工程学院,湘潭411105;湘潭大学机械工程学院,湘潭 411105;湘潭大学机械工程学院,湘潭411105;中南大学粉末冶金国家重点实验室,长沙 410083【正文语种】中文【中图分类】TG146无机多孔材料包括陶瓷多孔材料和金属多孔材料两大类，具有吸音、隔热、吸附、耐蚀、吸收冲击能、电磁屏蔽等性能，已被广泛应用于骨骼替代、过滤吸附、海水淡化、药物分离、化学催化、隔热减震、电子器件等领域[1−3]。
制备无机多孔材料的方法主要有熔体发泡法[4]、电沉积法[5]、造孔剂脱除法[6]、有机泡沫浸渍法[7]等，其造孔机理大多是宏观物理成孔机制，孔结构参数的可控性较差。
同时，造孔剂的添加、脱除会影响材料的结合强度，并且对材料本身造成污染。
虽然陶瓷多孔材料具有耐高温、耐腐蚀等优异性能，但是其韧性和密封性差且难以焊接，极大地限制了其广泛应用[8]；与陶瓷多孔材料相比，金属多孔材料虽然具有良好的力学性能和焊接密封性能，但是其耐腐蚀性能和抗高温氧化性能较差，较难应用于高温腐蚀环境[9]。
Ni-Si金属间化合物
N i-S i金属间化合物/陶瓷复合材料的制备技术及其研究发展现状和发展趋势*江涛黄一丹(西安石油大学材料科学与工程学院西安710065)摘要 N i-S i金属间化合物具有很多优秀的性能,例如具有较高的力学性能㊁优秀的耐磨损性能和抗高温氧化性能等㊂N i-S i金属间化合物包括N i3S i㊁N i2S i和N i S i,陶瓷材料也具有很多优秀的性能㊂陶瓷材料具有较高的力学性能,良好的耐磨损性能和抗高温氧化性能,可以将N i-S i金属间化合物与陶瓷相复合制备N i-S i金属间化合物/陶瓷复合材料㊂N i -S i金属间化合物/陶瓷复合材料具有较高的力学性能和良好的耐磨损性能和抗高温氧化性能等㊂笔者首先叙述了N i-S i金属间化合物/陶瓷复合材料的制备技术㊁物相组成㊁显微结构㊁力学性能㊁耐磨损性能和抗高温氧化性能等,并叙述了N i-S i金属间化合物/陶瓷复合材料的研究发展现状和发展趋势,并对N i-S i金属间化合物/陶瓷复合材料的未来研究发展趋势和发展方向进行分析和预测㊂关键词 N i-S i金属间化合物陶瓷复合材料制备技术研究发展现状发展趋势中图分类号:T Q174.75文献标识码:A 文章编号:1002-2872(2023)11-0050-05F a b r i c a t i o nT e c h n o l o g y,R e s e a r c h a n dD e v e l o p m e n t S t a t u s a n dD e v e l o p m e n t T r e n d o f t h eN i-S i I n t e r m e t a l l i c s C o m p o u n d s/C e-r a m i c sM a t r i xC o m p o s i t e sJ i a n g T a o,H u a n g Y i d a n(S c h o o l o fM a t e r i a l s S c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g,X i a nS h i y o uU n i v e r s i t y,X i a n710065,S h a a n x i,C h i-n a)A b s t r a c t:T h eN i-S i i n t e r m e t a l l i c s c o m p o u n d s e x h i b i t e dm a n y e x c e l l e n t p r o p e r t i e s,s u c ha s h i g hm e c h a n i c a l p r o p e r t y,e x-c e l l e n tw e a r r e s i s t a n c ea n dh i g ht e m p e r a t u r eo x i d a t i o nr e s i s t a n c e.T h eN i-S i i n t e r m e t a l l i c sc o m p o u n d s i n c l u d e d N i3S i, N i2S i a n dN i S i.C e r a m i c s e x h i b i t e dm a n y e x c e l l e n t p r o p e r t i e s.C e r a m i c s e x h i b i t e dh i g hm e c h a n i c a l p r o p e r t y,e x c e l l e n tw e a r r e s i s t a n c e a n dh i g h t e m p e r a t u r e o x i d a t i o n r e s i s t a n c e.S o t h eN i-S i i n t e r m e t a l l i c s c o m p o u n d sa n dc e r a m i c s c o u l db e c o m-b i n e d t o f a b r i c a t e i n t o t h eN i-S i i n t e r m e t a l l i c sc o m p o u n d s/c e r a m i c sm a t r i xc o m p o s i t e s.T h eN i-S i i n t e r m e t a l l i c sc o m-p o u n d s/c e r a m i c sm a t r i x c o m p o s i t e s e x h i b i t e d h i g hm e c h a n i c a l p r o p e r t y,e x c e l l e n tw e a r r e s i s t a n c e a n d h i g h t e m p e r a t u r e o x-i d a t i o n r e s i s t a n c e.I n t h i s p a p e r,t h e f a b r i c a t i o n t e c h n o l o g y,p h a s e c o m p o s i t i o n,m i c r o s t r u c t u r e,m e c h a n i c a l p r o p e r t y,w e a r r e s i s t a n c e a n dh i g ht e m p e r a t u r eo x i d a t i o nr e s i s t a n c eo f t h eN i-S i i n t e r m e t a l l i c sc o m p o u n d s/c e r a m i c s m a t r i xc o m p o s i t e s w e r e i n t r o d u c e d,t h e r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t s t a t u sa n dd e v e l o p m e n t t r e n do f t h eN i-S i i n t e r m e t a l l i c s c o m p o u n d s/c e-r a m i c sm a t r i x c o m p o s i t e sw e r e i n t r o d u c e d.T h e f u t u r e r e s e a r c h a n dd e v e l o p m e n t t r e n d a n dd e v e l o p m e n t d i r e c t i o no f t h eN i -S i i n t e r m e t a l l i c s c o m p o u n d s/c e r a m i c sm a t r i x c o m p o s i t e sw e r e a n a l y z e da n d p r e d i c t e d.K e y w o r d s:N i-S i i n t e r m e t a l l i c s c o m p o u n d s;C e r a m i c s c o m p o s i t e s;F a b r i c a t i o n t e c h n o l o g y;R e s e a r c h a n d d e v e l o p m e n t s t a-t u s;D e v e l o p m e n t t r e n dN i-S i金属间化合物具有很多优秀的性能,例如具有较高的力学性能,优秀的耐磨损性能和抗高温氧化性能等㊂N i-S i金属间化合物包括N i3S i㊁N i2S i和N i S i,陶瓷材料也具有很多优秀的性能㊂陶瓷材料具有较高的力学性能,良好的耐磨损性能和抗高温氧化性能等㊂N i-S i金属间化合物与陶瓷材料具有良好的相容性,可以将N i-S i金属间化合物与陶瓷相复合制备N i-S i金属间化合物/陶瓷复合材料㊂本文首先叙述了N i-S i金属间化合物/陶瓷复合材料的制备技术㊁物相组成㊁显微结构㊁力学性能㊁耐磨损性能和抗高温氧化性能等,并叙述了N i-S i金属间化合物/陶瓷复合材料的研究发展现状和发展趋势,并对N i-S i金属间化合物/陶瓷复合材料的未来研究发展趋势和发展方向进行分析和预测㊂㊃05㊃陶瓷C e r a m i c s(研究与应用)2023年11月*作者简介:江涛(1978-),博士,副教授;研究方向为复合材料的制备和性能㊂1 N i-S i金属间化合物/陶瓷复合材料的制备技术N i-S i金属间化合物/陶瓷复合材料的制备技术主要采用粉末冶金工艺进行制备㊂其中粉末冶金工艺主要包括热压烧结工艺㊁常压烧结工艺㊁放电等离子烧结工艺㊁热等静压烧结工艺㊁热压反应烧结工艺㊁原位反应自生法制备工艺等㊂2 N i-S i金属间化合物/陶瓷复合材料的研究发展现状和发展趋势可以将N i-S i金属间化合物与陶瓷相复合制备N i-S i金属间化合物/陶瓷复合材料㊂陶瓷材料主要有碳化硅(S i C)㊁碳化钛(T i C)㊁氧化铝(A l2O3)㊁氮化硅(S i3N4)㊁碳化钨(W C)㊁碳化铌(N b C)等,所以可以将N i-S i金属间化合物加入到这些陶瓷材料中形成N i-S i金属间化合物/陶瓷复合材料,例如形成N i-S i/S i C复合材料,N i-S i/T i C复合材料,N i-S i/ A l2O3复合材料,N i-S i/S i3N4复合材料,N i-S i/W C 复合材料,N i-S i/N b C复合材料等㊂而上述的这些复合材料的制备技术㊁物相组成㊁显微结构㊁力学性能㊁耐磨损性能和抗高温氧化性能等,研究发展现状和发展趋势概述如下:2.1 N i-S i/S i C复合材料T i a n W B等[1]研究了N i-S i-T i粉末混合物对碳化硅陶瓷的钎焊㊂在许多工业应用中,通过传统的无压钎焊方法越来越需要大型S i C组件㊂在研究中使用含有0~10w t%T i的N i-S i-T i粉末混合物用于钎焊S i C陶瓷,进行差热分析(D T A)和润湿测试以确定合适的连接温度为1450ħ㊂对制备的S i C接头的微观结构,物相成分和机械强度进行了表征㊂对于不添加T i的钎焊组合物,中间层主要由N i S i和N i3S i2相组成㊂随着T i的加入,在夹层内除了N i-S i金属间化合物外新形成N i49T i14S i37相㊂目前钎焊时S i C 接头的抗弯强度在66~75M P a,试样一般从合金夹层与S i C基体的界面处断裂㊂G a oF e i等[2]研究了镍和碳化硅颗粒的固态反应制备出具有不同显微结构的N i-S i-C复合材料㊂各组织固相镍和碳化硅颗粒通过热压烧结工艺制备N i -S i-C复合材料㊂根据界面反应的程度,将复合材料分为三种类型,即部分的,完全的和过度的反应㊂对于部分反应(I型),复合材料的特征是基体和碳化硅之间的薄的反应层㊂完全反应(I I型)的复合材料的微观结构演变到各种不同的微观结构和组合物,取决于烧结温度㊂应避免过度反应(I I I型)㊂与部分反应的复合材料相比,完全反应的复合材料具有良好的力学性能㊂硬度和抗弯强度显著提高㊂I I型复合材料的力学行为与复合材料的组成成分和组织结构密切相关㊂在900ħ获得了复合材料对不锈钢最有前途的摩擦学性能㊂S e l v a n J S e n t h i l等[3]研究了采用激光熔覆工艺在纯钛表面制备S i C和N i-S i C涂层的制备工艺㊂研究了含量为100%的碳化硅和50%的镍+50%的纯钛的激光合金化的结果㊂100%和50%的N i+50%碳化硅合金化条件是由于诸如T i C,T i S i,T i5S i3和N i T i2各种金属间化合物相的存在获得高硬度HV800~ 1200㊂这些化合物存在于激光表面合金化是通过X 射线衍射分析(X R D)和N i,S i,C扩散验证,钛负责这些相的形成是由二次离子质谱(S I M S)研究确定㊂合金层的显微组织由枝晶组成,其密度高低取决于激光加工条件㊂在低功率密度的渗层深度约0.5mm的硬度恒定的水平,而在高功率密度的渗层深度触及1.6 mm最大与硬度较大的波动㊂2.2 N i-S i/T i C复合材料W a n g W e n j u a n等[4]研究了原位合成T i C x-N i (S i,T i)合金复合材料的制备及力学性能㊂通过无压烧结T i3S i C2(10v o l%和20v o l%)和N i作为前驱体,在烧结温度为1250ħ下保温时间为30m i n制备了具有优异机械性能的新型原位T i C x增强N i(S i,T i)合金复合材料㊂T i3S i C2颗粒分解成亚化学计量的T i C x 相,而额外的S i和来自T i3S i C2的部分T i原子扩散到N i基体中形成N i(S i,T i)合金㊂原位形成的T i C x相主要分散在N i(S i,T i)合金化的晶界上,形成坚固的骨架,细化金属基体的微观结构㊂20.6v o l%T i C x-N i (S i,T i)复合材料的维氏硬度可以达到(2.15ʃ0.04) G P a,屈服应力σ0.2%可以达到(466.8ʃ55.8)M P a和极限抗压强度可以达到(733.3ʃ78.4)M P a㊂T i C x-N i(S i,T i)复合材料的力学性能增强是由于T i C x骨架的原位形成,N i(S i,T i)合金的细化显微组织和固溶效应以及T i C x与N i(S i,T i)基体之间良好的润湿性所导致㊂C h i k e rN a b i l等[5]研究了N i和T i3S i C2粉末制备㊃15㊃(研究与应用)2023年11月陶瓷C e r a m i c s的原位T i C-N i(S i,T i)复合材料的微观结构和摩擦学行为㊂在此研究了T i3S i C2对由N i和T i3S i C2MA X相粉末对钢(100C r6)制成的原位T i C 增强N i(S i,T i)复合材料的微观结构和摩擦学性能的影响㊂在烧结温度为1080ħ下无压烧结4h的N i和T i3S i C2粉末被用来制备具有10w t%,20w t%和30w t%T i3S i C2的复合材料㊂通过扫描电子显微镜(S E M),X射线衍射(X R D)和拉曼光谱研究了这些复合材料的微观结构㊂在室温下对复合材料表面进行不同施加载荷下的标准球盘摩擦磨损试验㊂对于3种精细复合材料,T i3S i C2完全分解并转变为T i C相,而从T i3S i C2中释放的S i和T i原子扩散到N i基体中,形成N i(S i,T i)固溶体㊂与参考(N i)烧结复合材料相比,在N i基体中添加20w t%T i3S i C2将硬度提高了约250%㊂T i3S i C2颗粒的添加对这些复合材料对钢的摩擦学性能也有有益的影响㊂在所有施加载荷下,精细复合材料的磨损表面的特征在于存在润滑的F e3O4-αF e2O3摩擦膜㊂讨论了化学成分和不同施加载荷对三种精细复合材料磨损机制的影响㊂S h a hN e e lR等[6]研究了离心铸造T i C增强功能级铜复合材料的表征㊂研究分析了使用水平离心机铸造工艺制造的功能级C u-N i-S i/T i C复合材料的物理性能和抗磨损性能㊂在距外部1mm,8mm和13 mm的壁厚处径向进行的显微组织分析表明,颗粒分布梯度的增加使内部周边的硬度提高了41%,并且通过X射线衍射(X R D)分析确定了N i S i2相的形成㊂对复合材料的外壁(1~8mm)和内壁(9~15mm)进行拉伸载荷测试;后来的断裂分析表明,外部为延展性,内部为脆性㊂使用针盘式摩擦磨损试验机对内件的耐磨损性能进行了试验㊂使用信噪比确定最小磨损率的最佳摩擦参数(10N,2m s-1,500m)㊂使用方差分析预测每个有影响的参数的贡献及其相互作用㊂结果表明,滑动速度对磨损率的影响最大(45.56%),其次是外加载荷(21.82%)和滑动距离(14.63%)㊂测试样品的磨损分析显示机械混合层;后来由能谱分析(E D X)确认㊂D o n g YJ等[7]研究了激光熔覆T i C增强T i-N i -S i金属间化合物涂层的显微组织和干滑动耐磨损性能㊂采用T i C/T i-N i-S i合金粉末作为前驱体材料通过激光熔覆工艺在T A15钛合金基体上制备耐磨T i C增强T i-N i-S i金属间化合物复合涂层,T i C均匀分布在T i2N i3S i-N i T i-T i2N i多相金属间化合物基体中㊂采用光学显微镜(OM),扫描电子显微镜(SE M),X射线衍射仪(X R D)和能谱分析仪(E D S)对涂层的微观结构进行了表征㊂在室温下评价了激光熔覆T i C增强T i-N i-S i金属间化合物涂层的干滑动耐磨损性能㊂结果表明,T i C/(T i2N i3S i-N i T i-T i2N i)金属间化合物复合涂层表现出优异的耐磨损性能和粘附磨损性能㊂F a nD i n g等[8]研究了激光熔覆制备T i C增强金属间化合物基复合材料涂层的原位形成㊂采用激光熔覆技术在N i基高温合金基体上原位形成T i C颗粒增强N i3(S i,T i)金属间化合物复合涂层㊂实验结果表明,强大的冶金界面确保了涂层与基材之间的良好结合㊂复合涂层非常好,没有裂缝和气孔㊂采用扫描电子显微镜(S E M),能谱分析仪(E D S)和X射线衍射仪(X R D),研究了T i-C的添加对涂层显微组织和显微硬度的影响㊂涂层的显微组织主要由N i(S i),N i3(S i, T i)和T i C组成㊂涂层的平均显微硬度随着T i-C含量的增加而提高㊂当T i-C添加量为20w t%时,显微硬度达到780H V㊂远大于镍基高温合金基体㊂S u nY a o n i n g等[9]研究了激光熔覆工艺制备的N i3S i金属间化合物复合涂层的抗氧化腐蚀行为㊂已经通过循环氧化试验研究了在温度为1100ħ时,N i -S i-T i-C和N i-S i-C-N b原位增强复合涂层的高温抗氧化性能㊂进行了热重分析(T G),扫描电子显微镜(S E M)和X射线衍射仪(X R D),热重分析(T G)数据表明熔覆层达到了良好的耐氧化性能㊂动力学常数K p和氧化的样品表明,N b C加强熔覆层比T i C增强复合涂层具有更好的耐氧化性能,N b C加强熔覆涂层氧化物产品包括N i O,S i O2和铌,T i C增强复合涂层氧化产物为N i O,一些S i O2和T i O2㊂2.3 N i-S i/A l2O3复合材料C h e nH等[10]研究了机械合金化合成M o2N i3S i -A l2O3纳米复合材料的显微组织和力学性能㊂以M o O3,N i,S i和A l为起始材料,通过机械合金化合成M o2N i3S i-A l2O3纳米复合材料㊂机械合金化的粉末通过热压烧结固结制备M o2N i3S i-A l2O3纳米复合材料㊂通过扫描电子显微镜(S E M)和X射线衍射(X R D)研究了M o2N i3S i-A l2O3复合粉末的形貌和结构演变㊂详细研究了M o2N i3S i-A l2O3纳米复合材料固结产品的显微组织和力学性能㊂结果表明,研磨10h后得到M o2N i3S i-A l2O3复合材料㊂反应机理是机械诱导的自蔓延合成反应㊂研磨20h后㊃25㊃陶瓷C e r a m i c s(研究与应用)2023年11月M o2N i3S i和A l2O3的平均晶粒尺寸分别为15.9n m 和32.4n m㊂M o2N i3S i-A l2O3复合粉末在1000ħ的退火过程中是稳定的㊂热压烧结固结后,M o2N i3S i -A l2O3复合材料具有较高致密度(96.3%)和细晶粒(微米和亚微米范围)㊂M o2N i3S i-A l2O3复合材料的维氏硬度为13G P a,抗弯强度为533M P a和断裂韧性为6.29M P a㊃m1/2㊂同时,该M o2N i3S i-A l2O3复合材料在高温下具有更高的抗弯强度,在高达1000ħ时仍保持稳定的抗弯强度约为513M P a㊂2.4 N i-S i/S i3N4复合材料R a d h i k aN等[11]研究了采用离心铸造法制备了C u-11N i-4S i/10w t%S i3N4功能梯度复合材料,并研究了其力学行为和三体磨粒磨损行为㊂沿径向的显微结构分析表明,C u-11N i-4S i/10w t%S i3N4复合材料内周有高浓度的S i3N4颗粒,X射线衍射(X R D)分析证实存在引入的增强材料㊂在具有最高浓度(53v o l%)增强颗粒的C u-11N i-4S i/10w t%S i3N4复合材料的内周观察到最高的显微硬度(207H V),并且内部区域显示出更高的拉伸强度(425.58M P a)㊂基于L27正交阵列的磨粒磨损试验,仅在基于力学行为的内周边进行㊂通过信噪比和方差分析负载,速度和时间等参数对磨损率的影响㊂结果表明,外加载荷对磨损率的影响最大(60.45%),其次是速度和时间㊂对磨损样品进行扫描电子显微镜(S E M)分析,观察到磨损随着参数的增加而从轻微变为严重㊂这种C u-11N i-4S i/10w t%S i3N4复合材料适用于汽车材料㊂2.5 N i-S i/W C复合材料樊丁等[12]研究了激光熔覆制备W C p/N i-S i-T i 复合涂层㊂在N i基高温合金表面预置3种不同W C 含量的N i78S i13T i9(a t%)粉末,采用激光熔覆制备了W C和原位自生T i C复相陶瓷增强N i3(S i,T i)基复合涂层㊂利用扫描电镜(S E M),能谱分析仪(E D S)和X 射线衍射仪(X R D)对熔覆层组织进行分析,并测量了其熔覆层的显微硬度㊂结果表明,熔覆层与基体呈冶金结合,熔覆层组织主要由N i(S i)固溶体,N i3(S i,T i)金属间化合物和W C-T i C复相陶瓷组成㊂随W C添加量增加,涂层中复相陶瓷含量增多;孔隙率增大;碳化物形态演变历程为不规则形状,花瓣形状以及不规则形状和花瓣形状共存㊂2.6 N i-S i/N b C复合材料孙耀宁等[13]研究了激光非平衡制备N i-S i-N b -C涂层㊂以N i-S i-N b-C混合粉末作为预置合金,采用横流C O2激光器进行激光熔覆处理,在高温合金表面制备原位合成N b C颗粒增强N i3S i复合材料涂层㊂结果表明,采用合适的激光熔覆工艺参数,可获得N b C颗粒增强的以N i3S i金属间化合物及γ-N i 固溶体为主要组成相的复合涂层㊂尺寸约在24μm 的N b C颗粒弥散分布,与复合材料基体润湿良好,熔覆层致密,组织细小,与基材呈良好的冶金结合㊂晶体结构及动力学生长过程决定了N b C以不同的生长形态出现㊂S u nY a o n i n g等[14]研究了采用激光熔覆工艺制备的原位N b C增强N i3S i金属间化合物涂层的制备工艺过程㊂激光熔覆技术是用来形成N i3S i金属间化合物复合涂层的原位生成N b C颗粒增强镍基高温合金基体㊂激光熔覆技术的工艺参数进行了优化以获得包覆层㊂研究了N b C对N i3S i金属间化合物涂层的微观结构的影响㊂并对增强颗粒的形态进行了讨论㊂实验结果表明,一个很好的涂层和基体之间的结合,确保了一个强大的冶金界面㊂复合涂层是非常好的,没有裂缝和孔隙㊂涂层的微观结构,主要由N i (S i),N i3(S i,N b)和N b C的微粒组成,这N b C微粒是由于在激光熔覆过程中N b和C之间的原位反应产生的㊂N b C的颗粒均匀地分布在复合材料中㊂此外, N b C颗粒的最大尺寸超过4μm㊂3 N i-S i金属间化合物/陶瓷复合材料的未来研究发展趋势和发展方向可以将N i-S i金属间化合物与陶瓷相复合制备N i-S i金属间化合物/陶瓷复合材料㊂N i-S i金属间化合物/陶瓷复合材料主要包括N i-S i/S i C复合材料,N i-S i/T i C复合材料,N i-S i/A l2O3复合材料, N i-S i/S i3N4复合材料,N i-S i/W C复合材料,N i-S i/N b C复合材料等㊂还应该开展新型的复合材料例如N i-S i/A l N复合材料,N i-S i/Z r O2复合材料,N i -S i/T i B2复合材料,N i-S i/Z r B2复合材料,N i-S i/ Z r C复合材料,N i-S i/Z r N复合材料,N i-S i/T i N复合材料,N i-S i/T i(C,N)复合材料,N i-S i/S i A l O N 复合材料,N i-S i/M g A l O N复合材料研究开发工作㊂4结论与展望N i-S i金属间化合物和陶瓷都具有优秀的性能㊂㊃35㊃(研究与应用)2023年11月陶瓷C e r a m i c s可以将N i-S i金属间化合物与陶瓷相复合制备N i-S i金属间化合物/陶瓷复合材料㊂N i-S i金属间化合物/陶瓷复合材料具有优秀的性能㊂笔者首先叙述N i -S i金属间化合物/陶瓷复合材料的制备技术,物相组成,显微结构和力学性能,耐磨损性能和抗高温氧化性能等,并对N i-S i金属间化合物/陶瓷复合材料的未来发展趋势进行分析和预测㊂N i-S i金属间化合物/陶瓷复合材料的未来发展趋势是:(1)开发新型的氧化物,氮化物,碳化物和硼化物作为基体并与N i-S i金属间化合物相复合制备新型的N i-S i金属间化合物/陶瓷复合材料,例如制备N i -S i/氧化物陶瓷,N i-S i/氮化物陶瓷,N i-S i/碳化物陶瓷,N i-S i/硼化物陶瓷复合材料等㊂(2)为了提高N i-S i金属间化合物/陶瓷复合材料的力学性能,可以向复合材料中加入颗粒,晶须,短纤维等作为增强增韧相提高复合材料的力学性能㊂(3)还需要研究N i-S i金属间化合物/陶瓷复合材料的耐磨损性和抗高温氧化性以及耐腐蚀性等㊂(4)还需要研究N i-S i金属间化合物与陶瓷基体之间的界面结合性能和界面显微结构㊂(5)将T i C,T i N,T i(C,N),W C硬质合金等与N i -S i合金相复合形成N i-S i/硬质合金复合材料,使得N i-S i/硬质合金复合材料能够应用到耐磨损工程领域㊂N i-S i金属间化合物/陶瓷复合材料具有良好的耐磨损性能和耐高温性能以及抗高温氧化性能等可以应用到耐磨损工程领域,耐高温工程领域㊂因此N i -S i金属间化合物/陶瓷复合材料将广泛应用在工程领域㊂参考文献[1] T i a n W B,S u nZ M,Z h a n g P,e t a l.B r a z i n g o f s i l i c o nc a r b ide c e r a m i c sw i t hN i-S i-T i p o w d e rm i x t u r e s[J].J o u r n a l of t h eA u s t r a l i a nC e r a m i cS o c i e t y,2017,53(2):511-516.[2] G a oF e i,L uJ i n j u n,L i u W e i m i n.N i-S i-Cc o m p o s-i t e sw i t h v a r i o u sm i c r o s t r u c t u r e s v i a s o l i d s t a t e r e a c t i o n o f n i c k-e l a n ds i l i c o nc a r b i d e p a r t i c u l a t e[J].C o m p o s i t e sS c i e n c ea n d T e c h n o l o g y,2008,68(2):566-571.[3]S e l v a n J S e n 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金属间化合物
1、什么是金属间化合物，性能特征？答：金属间化合物：金属与金属或金属与类金属之间所形成的化合物。
由两个或多个的金属组元按比例组成的具有不同于其组成元素的长程有序晶体结构和金属基本特性的化合物。
金属间化合物的性能特点：力学性能：高硬度、高熔点、高的抗蠕变性能、低塑性等；良好的抗氧化性；特殊的物理化学性质：具有电学、磁学、声学性质等，可用于半导体材料、形状记忆材料、储氢材料、磁性材料等等。
2、含有金属间化合物的二元相图类型及各自特点？答：熔解式金属间化合物相：在相图上有明显的熔化温度，并生成成分相同的液相。
通常具有共晶反应或包晶反应。
化合物的熔点往往高于纯组元。
分解式金属间化合物相：在相图上没有明显的熔解温度，当温度达到分解温度时发生分解反应，即β＜＝＞L+α。
常见的是由包晶反应先生成的。
化合物的熔点没有出现。
固态生成金属间化合物相：通过有序化转变得到的有序相。
经常发生在一定的成分区间和较无序相低的温度范围。
通过固态相变而形成的金属间化合物相，可以有包析和共析两种不同的固态相变。
3、金属间化合物的溶解度规律特点？答：（1）由于金属间化合物的组元是有序分布的，组成元素各自组成自己的亚点阵。
固溶元素可以只取代某一个组成元素，占据该元素的亚点阵位置，也可以分布在不同亚点阵之间，这导致溶解度的有限性。
（2）金属间化合物固溶合金元素时有可能产生不同的缺陷，称为组成缺陷（空位或反位原子）。
但M元素取代化合物中A或B时，A和B两个亚点阵中的原子数产生不匹配，就会产生组成空位或组成反位原子（即占领别的亚点阵位置）。
（3）金属间化合物的结合键性及晶体结构不同于其组元，影响溶解度，多为有限溶解，甚至不溶。
表现为线性化合物。
（4）当第三组元在金属间化合物中溶解度较大时，第三组元不仅可能无序取代组成元素，随机分布在亚点阵内，而且第三组元可以从无序分布逐步向有序化变化，甚至生成三元化合物。
4、金属间化合物的结构类型及分类方法？（未完）答：第一种分类方法：按照晶体结构分类（几何密排相（GCP相）和拓扑密排相（TCP相））。
先进金属结构材料-金属间化合物结构材料
基本结构
DO3 超结构：
以Fe3Al 为其代表。Al 只占X之上，其余为 Fe 原子所占据。如果增加 Al含量，Al原子将占据 Y位置,直到FeAl成分， Al 原 子 占 满 X 和 Y 点 阵 位置，就成为B2结构。 另外一个例子是Fe3Si。
基本结构
DO19或Mg3Cd型超点 阵
相 当 四 个 密 堆 六 角 亚 点阵穿插组成。其中 Cd 占 据 一 个 亚 点 阵 ， Mg占据三个亚点阵。
化合物
Nb5Si3 Mo5Si3 Ti5Si3 MoSi2 Mo3Si Nb3Al Nb2Al NbSi2
V3Si Nb2Al NbBe17 Ti5Ge3 Cr3Si Cr2Nb NbAl3 Ti3Sn NbBe12 Fe2Zr ZrBe13 NiAl
熔点(℃) 2480 2180 2130 2030 2025 1963* 1940* 1930 1925 1871 1800* 1800* 1770 1720 1680* 1680* 1672* 1645 1645* 1640
典 型 的 例 子 有 ： Ni3Al 、 Al3U、Co3V、FeNi3、 FePd3。
Au
Cu
基本结构
L11(CuPt的菱方超结构)
有序化后，原面心立方的 （111）面交替的被Cu及 Pt原子所占据，晶体结构 发生变形由立方变成菱方。 CuPt是唯一的一个例子。
基本结构
L10（CuAu I超结构）
Sij ijdr
影响大小的主要因素是原子间的距离r和原子轨道的相对取 向。
共价键表现出明显的方向性就主要取决于重叠积分对原子间 相对取向的依赖。
成键方向性
在金属间化合物组成原子间存在着具有显著方向性的共价键。 如Fox和Tabbemor利用功能电子衍射对β/ NiAl 的几个低角结 构因子进行了精确的测定，所给出的变形电荷密度分布图 （如下）清楚地显示了Ni-Al之间具有明显方向性的共价键作 用的存在。
第十章固相法
注意：
第八章中介绍的超微粉的各种物理制备方法，由于在微粉
形成过程中，往往因高能量的存在，物质在形成超微粉的
过程中伴随物理化学变化，因而现在通常会把这些制备方 法也归结为固相合成法。因此，现在通常把微粉的制备法 简单的分为固相法、液相法和气相法三种；而不再传统地 区分为化学法和物理法。
Acheson 法制备 SiC 粉体就是采用这种工艺，将SiO2与碳 粉混合，在1460～1600℃的加热条件下，逐步还原碳化。 其大致历程如下：
SiO2 + C → SiO+CO SiO + 2C → SiC+CO
SiO + C → Si+CO
Si + C → SiC
为了让产物一氧化碳顺利逸出，原料中可以加入一定
来说，机械合金化方法制成的新型纳米合金，为发展新材 料开辟了新的途径。近10年来，用此法已成功地制备多种 纳米固溶体。
例3：制备纳米金属间化合物。金属间化合物是一类用途广
泛的合金纳米金属间化合物。金属间化合物是一类用途广泛
的合金材料，纳米金属间化合物，特别是一些高熔点的金属 间化合物，在制备上比较困难。目前已在 Fe—B 、 Ti—Si 、 Ti—B 、 Ti—Al(—B) 、 Ni—Si 、 V—C 、 W—C 、 Si—C 、 Pd—Si、Ni—Mo、Nb—A1等10多个合金体系中用高能球磨
振动球磨
1
2
7
筒体
弹簧 振动球磨结构示意图
振动磨
• 用研磨介质可以在一定振幅振动的筒体内对物料进行冲击、
摩擦、剪切等作用而使物料粉碎。与普通球磨机不同，振
动磨是通过介质与物料一起振动将物料进行粉碎的。
振动磨示意图
第十章固相法
例2：不互溶体系纳米固体的形成。用机械合金化（高能球 磨）的方法，可将相图上几乎不互溶的几种元素制成固溶 体、这是用常规熔炼方法根本无法实现的。从这个意义上 来说，机械合金化方法制成的新型纳米合金，为发展新材 料开辟了新的途径。近10年来，用此法已成功地制备多种 纳米固溶体。
例3：制备纳米金属间化合物。金属间化合物是一类用途广 泛的合金纳米金属间化合物。金属间化合物是一类用途广泛 的合金材料，纳米金属间化合物，特别是一些高熔点的金属 间化合物，在制备上比较困难。目前已在Fe—B、Ti—Si、 Ti—B 、 Ti—Al(—B) 、 Ni—Si 、 V—C 、 W—C 、 Si—C 、 Pd—Si、Ni—Mo、Nb—A1等10多个合金体系中用高能球磨 的方法，制备了不同晶粒尺寸的纳米金属间化合物。
第十章 固相法
注意：
第八章中介绍的超微粉的各种物理制备方法，由于在微粉 形成过程中，往往因高能量的存在，物质在形成超微粉的 过程中伴随物理化学变化，因而现在通常会把这些制备方 法也归结为固相合成法。因此，现在通常把微粉的制备法 简单的分为固相法、液相法和气相法三种；而不再传统地 区分为化学法和物理法。
• 在粉碎室中，粒子之间碰撞频率远高于粒子与器壁之
间的碰撞。
• 除了产品粒度微细以外，气流粉碎的产品还具有粒度
分布窄、粒子表面光滑、形状规则、纯度高、活性大、 分散性好等优点。
气流磨
加
料 口
高压 气体
入口
产 品 出 口
物 料 入 口
产
品
靶
出 口
板
靶式气流磨
风机 气体 进口
高压气体 入口
粉碎区
对撞式气流粉碎机
特点：高能球磨法制备的纳米金属与合金结构材料产量高、 工艺简单，并能制备出用常规方法难以获得的高熔点的金属 或合金纳米材料。近年来已越来越受到材料科学研究者的重 视。但是，晶粒尺寸不均匀，易引入某些杂质。
第十章 金属间化合物的制备
材料制备技术
2009-12-15
材料制备技术
（3）金属间化合物细丝的制备
加工性能差
不能用多次反复拔丝操作
制备金属间化合物细丝的 方法——将熔体直接制成 细丝，即熔融纺丝加工 法。
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材料制备技术
2. 扩散法
（1）扩散法制备超导化合物
（a）原位法；
（b）复合加工法；
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材料制备技术
影响合金化的主要因素
（a）球磨种类、尺寸及球料比；
（b）球磨气氛；
（c）过程控制剂； （d）机械合金化装置； （e）球磨转速和装球量。
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材料制备技术
3. 气相沉积法
（1）化学气相沉积法（CVD）——将挥发性化合物的 蒸汽或气体在加热的基材上热分解或热反应，而使所 要的挥发化合物在基材沉积析出的方法。
二元系可表示为：AmBn 三元系可表示为：AmBnCp 一般认为，m、n、p为整数；但也可以是非整数；或者在一定 范围内连续变化。
材料制备技术
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3. 金属间化合物的相
金属间化合物主要的相有：σ相和Laves相。 它们都属于拓扑密排相，由原子半径小的一种原子构成密 堆层，其中镶嵌有原子半径大的2009-12-15
材料制备技术
（2）扩散渗透法——把某种特定元素扩散渗透到金属 或合金表面上，在基材金属表面形成了由渗透元素和 基材金属所构成的金属间化合物层。
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材料制备技术
包埋处理——将含有渗涂元素 的介质做成粉末状、糊状或熔 盐状使用，在包埋剂或金属渗 剂中进行的渗涂处理。
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材料制备技术
➢ （2）定向凝固
▪ 当二元或三元共晶合金沿某一方向连续凝固时，所形成的共晶 相按照一定取向呈层状或纤维状排列。
▪ 定向凝固法和单晶制备法在本质上是相同的，区别在于： 前者制得的是共晶合金，后者制得的是单相材料。
▪ 定向凝固的制品一般多为镍基或钴基高温合金。
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❖ 化学合成蒸镀法是真空蒸镀、CVD和离子喷镀的混 合方法。
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材料制备技术
4. 喷镀法
➢ 把金属、合金或化合物熔化后，喷射到基材表面而熔敷 沉积的方法叫做喷镀法。
▪ 喷镀法不是一种制备金属化合物的方法，而是用来在基材表面 形成化合物薄膜。
材料制备技术
2009-12-15
材料制备技术
➢ （3）金属间化合物细丝的制备
加工性能差
不能用多次反复拔丝操作
制备金属间化合物细丝的 方法——将熔体直接制成 细丝，即熔融纺丝加工 法。
2009-12-15
材料制备技术
2. 扩散法
➢ （1）扩散法制备超导化合物
▪ （a）原位法； ▪ （b）复合加工法； ▪ （c）粉末法。
材料制备技术
➢ （1）金属间化合物单晶的制备
▪ ① 利用金属凝固时，固液相界面上有着较大的温度梯度，而且 凝固是从一端开始恒速而缓慢地进行的方法。
▪ ② 金属蒸气凝聚在基材上时， 按照晶体的取向通常择优生长， 并由此而制得单晶。
▪ ③ 加工变形的材料， 在某一温度以上加热会产生再结晶， 利 用晶粒的长大而制备单晶。
在化学式规定成分两侧有个成分范围，在低于熔点的某一温度以上，该组成 原子的有序排列消失，从而组成原子在合金呈无序混合排列。
•波色欧莱依德（Berthllide）型金属间化合物
在其化学式规定成分两侧有个成分范围 ，但是熔点以前或是相图上的反应分 解以前，其原子有序排列都是稳定的。
•达尔丹乃德（Daltanide）型金属间化合物
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材料制备技术
（b）溅射涂层法
阴极
基材
❖ 利用阴极和基材间的低压惰性 气体产生等离子体，等离子体 中的粒子撞击阴极，使阴极表 面原子激发且离子化，然后沉 积到基材上。
❖ 阴极为金属时，用直流电源； 阴极为绝缘体时，用高频电源。
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材料制备技术பைடு நூலகம்
（c）化学合成蒸镀法
（c）图表示当入射离子的能量
（b）图表示入射离子的能量升
进一步升高，入射的离（子a还）可图以表示入射高离，子使的基能材量表低面，原子飞溅，这种
涌进晶体内部，产生所基谓材离晶子体注上只有离少子许化堆状积态，为为溅真射，使这种离子
入。金属间化合物在基空材蒸表镀面。析
反向沉积在基材上的方法称为溅
出。
射涂层。
TiCl4(气) 2H2(气) Ti(固) 4HCl(气) Ti(固) CH4(气) Ti(固) 2H2(气)
H2O
Ar
TiO2
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➢ （2）物理气相沉积法（PVD）——利用加热或离子撞 击等物理方法，使金属挥发或离子化，借以在基材上沉 积出所要求的金属或化合物。
➢ 金属间化合物主要的相有：σ相和Laves相。 ➢ 它们都属于拓扑密排相，由原子半径小的一种原子构成密
堆层，其中镶嵌有原子半径大的一种原子，这是一种高度 密堆的结构。 ➢ 它们的形成除了原子尺寸因素起作用外，也受电子浓度因 素的影响。
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材料制备技术
4. 分类
•库尔纳柯夫（Kurnakov）型金属间化合物
➢ 把几种金属块或金属粉末按要求的成分比例配合，经熔 炼后即可制得单相或多相金属间化合物。
✓采用熔炼法，必须根据根据所制备化合物的熔点、蒸汽压、及与气体 的反应，相应确定所用的电源，调整熔炼保护气氛等。
✓熔炼法采用的热源主要有电阻加热、高频感应加热、电子束熔炼、等 离子熔炼和红外线加热等。
2009-12-15
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材料制备技术
➢ 影响合金化的主要因素
▪ （a）球磨种类、尺寸及球料比； ▪ （b）球磨气氛； ▪ （c）过程控制剂； ▪ （d）机械合金化装置； ▪ （e）球磨转速和装球量。
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材料制备技术
3. 气相沉积法
➢ （1）化学气相沉积法（CVD）——将挥发性化合物的 蒸汽或气体在加热的基材上热分解或热反应，而使所要 的挥发化合物在基材沉积析出的方法。
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材料制备技术
➢ （2）扩散渗透法——把某种特定元素扩散渗透到金属 或合金表面上，在基材金属表面形成了由渗透元素和基 材金属所构成的金属间化合物层。
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材料制备技术
❖ 包埋处理——将含有渗涂元素 的介质做成粉末状、糊状或熔 盐状使用，在包埋剂或金属渗 剂中进行的渗涂处理。
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材料制备技术
➢ （3）机械合金化法（MA）——把欲合金化的元素粉 末混合起来，在高能球磨机等设备中长时间运转，粉末 经球磨的碰撞、挤压，重复地发生变形、断裂、焊合、 原子间相互扩散而形成粉末，成为弥散分布的超细微粒 子。在这一过程中，各组分的原子相互扩散，形成新的 相结构，达到合金化的目的。
➢ 由于可以改变金属母体和混合比例，所以金属间化合物可 以有无数的组合。
➢ 金属间化合物具有化学计量的组分。
▪ 二元系可表示为：AmBn ▪ 三元系可表示为：AmBnCp ▪ 一般认为，m、n、p为整数；但也可以是非整数；或者在一定
范围内连续变化。
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材料制备技术
3. 金属间化合物的相
其化学式规定成分的两侧不再有成分范围。
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材料制备技术
5. 晶体结构
➢ 分为以面心立方为基本结构和以体心立方为基本结构的两 种晶体结构。
➢ 考察金属间化合物晶体结构的时候，重要的是先要注意其 基本结构。
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材料制备技术
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材料制备技术
1. 熔炼法
第十章 金属间化合物的制备
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材料制备技术
1. 特点
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➢ 特性：
▪ 高温强度优异； ▪ 室温脆性大。
1. 特性
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2. 含义
➢ 金属间化合物是指以金属元素或类金属元素为主要组成的 二元系或多元系中出现的中间相和亚稳相化合物。