第十章 金属间化合物的制备

2009-12-15
材料制备技术
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1. 熔炼法
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。
（b）图表示入射离子的能量升 （c）图表示当入射离子的能量 高，使基材表面原子飞溅，这种 （a）图表示入射离子的能量低， 进一步升高，入射的离子还可以 离子化状态为溅射，使这种离子 基材晶体上只有少许堆积，为真 涌进晶体内部，产生所谓离子注 反向沉积在基材上的方法称为溅 空蒸镀。 入。金属间化合物在基材表面析 射涂层。 出。
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（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。
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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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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。
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3. 金属Байду номын сангаас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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4. 分类
•库尔纳柯夫（Kurnakov）型金属间化合物
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
TiCl 4 (气) 2H 2 (气) Ti(固) 4HCl(气) Ti(固) CH 4 (气) Ti(固) 2H 2 (气)
TiO2 H2O Ar
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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。
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（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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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；
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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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。 分为电弧喷镀和等离子体喷镀两种方法。
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（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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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
其化学式规定成分的两侧不再有成分范围。
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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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1. 特点
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1. 特性
特性：
高温强度优异； 室温脆性大。
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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。 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。
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（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。
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（b）溅射涂层法
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。
基材
阴极
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（c）化学合成蒸镀法
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电弧喷镀
在两根喷镀用的线材间通过大电流产生电弧，采用压缩气体把 熔化的喷镀材料喷射到基材上。
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等离子体喷镀
在30~600Pa的负压喷镀室内，使其中的惰性气体产生高速等 离子体，将喷镀材料熔化并随着等离子流撞击基材而沉积。
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（c）粉末法。
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（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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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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课堂作业
（1）在金属间化合物的制备方法中，熔炼法的热源种类 有哪些？ （2）如何利用化学气相沉积法制备金属间化合物薄膜？ （3）在金属间化合物的制备方法中，单晶化合物的制备 方法与定向凝固法有何异同？
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