无压烧结ZnAl/Fe基非晶复合材料的导热性能研究
发布时间：2020-12-08 11:31
采用无压烧结制备韧性Zn Al颗粒增强Fe基非晶复合材料,利用X射线衍射仪、扫描电镜、差热分析仪和激光闪射热导率测试仪分析了复合材料的结构、热稳定性及导热性能。结果表明:在过冷液相区内无压烧结可得到致密的Zn Al/Fe基非晶复合材料;Zn Al的引入没有影响Fe基非晶基体的本质;烧结过程中没有界面反应相生成;复合材料的热稳定性有所降低,但降低幅度不大;在298~423 K范围内,复合材料比Fe基非晶合金有更低的热传导系数,其热扩散系数随温度的升高变化不大,表明材料具有较好的保温性能。
【文章来源】：稀有金属材料与工程. 2017年09期 第2523-2527页 北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
Fe基非晶粉末的外观形貌及XRD图谱
高，原子迁移和元素扩散的速度越快，界面与孔隙的消除越完全，试样的致密度越大。ZnAl颗粒硬度较低，在烧结初始阶段塑性变形严重，塑性流动传质充分，可提高复合材料的致密度。图3为复合材料、Fe基非晶粉末和ZnAl粉末的X射线衍射谱。烧结后的样品很好地保留了非晶和ZnAl原有的各峰。ZnAl相完全转移到了复合材料中，非晶也没有出现晶化峰。复合材料同非晶合金一样，X射线衍射谱在2θ=44.5°出现1个弥散的、无明显晶化相的非晶馒头峰。复合材料在2θ=36.5°，44°和55°附近出现了晶相峰。与ZnAl的衍射谱线对比发现，图2Fe基非晶复合材料烧结试样Fig.2SinteredsampleofFe-basedamorphouscomposites图3Fe基非晶及复合材料的XRD图谱Fig.3XRDpatternsofFe-basedamorphousanditscompositesZnAl的晶相峰主要位置在2θ=36.5°，44°和55°。查找PDF卡片知，析出的晶化相是Zn。从XRD衍射结果可以看出，复合材料的衍射峰中除了ZnAl的衍射峰外没有其它晶体的衍射峰出现，表明ZnAl的引入没有过多影响Fe基非晶基体的本质，下面的热分析试验结果也证实了这一点。图4a为Fe基非晶复合材料的界面形貌。由图可见，样品表面是连续的平面，但平面上存在一些孔隙。这是由于样品是大气环境下的无压烧结，孔隙可能是粉末与粉末间存在的气体造成的。界面处有相对清晰的界面，说明没有界面反应相生成。复合材料界面元素的电子探针线扫描分析结果如图4b。烧结时界面处不仅存在ZnAl合金元素向非晶中的固相扩散，同时存在固相基体合金元素向ZnAl合金的溶解扩散，这种双向扩散在复合材料的界面处形成了2~3μm的扩散层。当固液两相接触时，熔融的液态原子向固态金属中的扩散与固态金属向液态金属中的溶解过程同时发生[10]。本实验证明，在Fe基非晶过冷
第9期杨晓萌等：无压烧结ZnAl/Fe基非晶复合材料的导热性能研究·2525·图4Fe基非晶复合材料的界面形貌及界面元素的电子探针线扫描图Fig.4InterfacemorphologyofFe-basedamorphouscompo-sites(a)andelectronprobelinescanoftheinterfaceelements(b)图5Fe基非晶及复合材料的DSC曲线Fig.5DSCcurvesofFe-basedamorphousandamorphouscomposites表1是通过DSC分析得到的Fe基非晶粉末及复合材料的玻璃转变温度Tg、晶化温度Tx、过冷液相区(ΔTx=Tx–Tg)和晶化峰温度Tp。添加ZnAl后，Fe基非晶粉末与复合材料具有一样的玻璃转变温度Tg，而ΔTx值低于非晶基体（ΔTx=59K），说明非晶复合材料的热稳定性有所降低，但降低幅度不大。图6为Fe基非晶合金及复合材料试样的热导率，可以看出，在测试温度范围内，试样的热导率值均很表1Fe基非晶及复合材料的热力学参数Table1ThermodynamicparametersofFe-basedamorphousandamorphouscompositesParameterTg/KTx/KΔTx/KTp/KAmorphouspowder86192059964Amorphouscomposites86191352943图6Fe基非晶及复合材料的热导率与温度的关系Fig.6TemperaturedependenceofthermalconductivityofFe-basedamorphousandamorphouscomposites小，且均随着温度的升高而增大。在298K时，Fe基非晶合金与复合材料的热导率分别为1.510和1.998W/m·K，当温度升高至423K时，分别为3.908和2.829W/m·K，由固体导热机理分析可知，合金的导热系数与其声子及电子的平均自由程成正比。非晶的热导主要靠声子导热，由于非晶独特的长程无序而短程有序，其声子的平均自由程被限制在几个晶胞间距的量级[12]，且非晶的组织处于无序排列状态，具有晶体材料没有的低能激发，?
【参考文献】：
期刊论文
[1]Cu-FeS复合材料导热性能的计算研究[J]. 于杰,陈敬超,洪振军,周晓龙. 复合材料学报. 2010(05)
[2]PIP法制备SiC_f/SiC复合材料导热性能影响因素研究[J]. 王亦菲,刘伟峰,马青松. 稀有金属材料与工程. 2009(S2)
[3]铁基大块非晶合金的发展现状[J]. 魏丹丹,陈庆军,高霁雯,周贤良,艾云龙. 稀有金属材料与工程. 2009(S1)
[4]Zr-Cu-Ni-Ta-Al块体非晶合金复合材料的合成及力学性能[J]. 孙剑飞,黄永江,邢大伟,颜鑫,王刚,沈军. 稀有金属材料与工程. 2007(07)
[5]钨丝/Zr基金属玻璃复合材料的界面反应与扩散[J]. 王美玲,惠希东,寇宏超,陈国良. 稀有金属材料与工程. 2005(07)
[6]元素粉末冷轧成形及反应合成制备TiAl合金过滤材料[J]. 彭超群,江垚,贺跃辉,汤义武,黄伯云. 中国有色金属学报. 2004(06)
本文编号：2905017
【文章来源】：稀有金属材料与工程. 2017年09期 第2523-2527页 北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
Fe基非晶粉末的外观形貌及XRD图谱
高，原子迁移和元素扩散的速度越快，界面与孔隙的消除越完全，试样的致密度越大。ZnAl颗粒硬度较低，在烧结初始阶段塑性变形严重，塑性流动传质充分，可提高复合材料的致密度。图3为复合材料、Fe基非晶粉末和ZnAl粉末的X射线衍射谱。烧结后的样品很好地保留了非晶和ZnAl原有的各峰。ZnAl相完全转移到了复合材料中，非晶也没有出现晶化峰。复合材料同非晶合金一样，X射线衍射谱在2θ=44.5°出现1个弥散的、无明显晶化相的非晶馒头峰。复合材料在2θ=36.5°，44°和55°附近出现了晶相峰。与ZnAl的衍射谱线对比发现，图2Fe基非晶复合材料烧结试样Fig.2SinteredsampleofFe-basedamorphouscomposites图3Fe基非晶及复合材料的XRD图谱Fig.3XRDpatternsofFe-basedamorphousanditscompositesZnAl的晶相峰主要位置在2θ=36.5°，44°和55°。查找PDF卡片知，析出的晶化相是Zn。从XRD衍射结果可以看出，复合材料的衍射峰中除了ZnAl的衍射峰外没有其它晶体的衍射峰出现，表明ZnAl的引入没有过多影响Fe基非晶基体的本质，下面的热分析试验结果也证实了这一点。图4a为Fe基非晶复合材料的界面形貌。由图可见，样品表面是连续的平面，但平面上存在一些孔隙。这是由于样品是大气环境下的无压烧结，孔隙可能是粉末与粉末间存在的气体造成的。界面处有相对清晰的界面，说明没有界面反应相生成。复合材料界面元素的电子探针线扫描分析结果如图4b。烧结时界面处不仅存在ZnAl合金元素向非晶中的固相扩散，同时存在固相基体合金元素向ZnAl合金的溶解扩散，这种双向扩散在复合材料的界面处形成了2~3μm的扩散层。当固液两相接触时，熔融的液态原子向固态金属中的扩散与固态金属向液态金属中的溶解过程同时发生[10]。本实验证明，在Fe基非晶过冷
第9期杨晓萌等：无压烧结ZnAl/Fe基非晶复合材料的导热性能研究·2525·图4Fe基非晶复合材料的界面形貌及界面元素的电子探针线扫描图Fig.4InterfacemorphologyofFe-basedamorphouscompo-sites(a)andelectronprobelinescanoftheinterfaceelements(b)图5Fe基非晶及复合材料的DSC曲线Fig.5DSCcurvesofFe-basedamorphousandamorphouscomposites表1是通过DSC分析得到的Fe基非晶粉末及复合材料的玻璃转变温度Tg、晶化温度Tx、过冷液相区(ΔTx=Tx–Tg)和晶化峰温度Tp。添加ZnAl后，Fe基非晶粉末与复合材料具有一样的玻璃转变温度Tg，而ΔTx值低于非晶基体（ΔTx=59K），说明非晶复合材料的热稳定性有所降低，但降低幅度不大。图6为Fe基非晶合金及复合材料试样的热导率，可以看出，在测试温度范围内，试样的热导率值均很表1Fe基非晶及复合材料的热力学参数Table1ThermodynamicparametersofFe-basedamorphousandamorphouscompositesParameterTg/KTx/KΔTx/KTp/KAmorphouspowder86192059964Amorphouscomposites86191352943图6Fe基非晶及复合材料的热导率与温度的关系Fig.6TemperaturedependenceofthermalconductivityofFe-basedamorphousandamorphouscomposites小，且均随着温度的升高而增大。在298K时，Fe基非晶合金与复合材料的热导率分别为1.510和1.998W/m·K，当温度升高至423K时，分别为3.908和2.829W/m·K，由固体导热机理分析可知，合金的导热系数与其声子及电子的平均自由程成正比。非晶的热导主要靠声子导热，由于非晶独特的长程无序而短程有序，其声子的平均自由程被限制在几个晶胞间距的量级[12]，且非晶的组织处于无序排列状态，具有晶体材料没有的低能激发，?
【参考文献】：
期刊论文
[1]Cu-FeS复合材料导热性能的计算研究[J]. 于杰,陈敬超,洪振军,周晓龙. 复合材料学报. 2010(05)
[2]PIP法制备SiC_f/SiC复合材料导热性能影响因素研究[J]. 王亦菲,刘伟峰,马青松. 稀有金属材料与工程. 2009(S2)
[3]铁基大块非晶合金的发展现状[J]. 魏丹丹,陈庆军,高霁雯,周贤良,艾云龙. 稀有金属材料与工程. 2009(S1)
[4]Zr-Cu-Ni-Ta-Al块体非晶合金复合材料的合成及力学性能[J]. 孙剑飞,黄永江,邢大伟,颜鑫,王刚,沈军. 稀有金属材料与工程. 2007(07)
[5]钨丝/Zr基金属玻璃复合材料的界面反应与扩散[J]. 王美玲,惠希东,寇宏超,陈国良. 稀有金属材料与工程. 2005(07)
[6]元素粉末冷轧成形及反应合成制备TiAl合金过滤材料[J]. 彭超群,江垚,贺跃辉,汤义武,黄伯云. 中国有色金属学报. 2004(06)
本文编号：2905017
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/2905017.html
