MAB材料的合成与性能研究

发布时间：2020-05-13 09:50

【摘要】：三元硼化物MAB(目前,M是过渡金属元素,A是A1或Zn元素,B是硼元素)相材料因拥有与MAX相材料相类似的层状结构,且兼具金属和陶瓷材料的优异性能而备受关注。作为MAB相材料的代表,Fe_2AlB_2因具有明显的层状结构,较高的损伤容限和优越的磁热效应而成为研究热点。目前合成Fe_2AlB_2的方法一般采用Al、Fe和B原料粉在1000 ℃通过长时间(15小时到14天)保温来获得Fe_2AlB_2。较长的反应时间在很大程度上限制了 Fe_2AlB_2材料的应用。本研究主要目的是短时间内合成Fe_2AlB_2材料并研究其相关性能。本文系统研究了配料比例、温度(1000-1200 ℃)、时间(10-120min)以及Sn添加剂对Fe_2AlB_2纯度的影响。结果显示,1.5Al/2Fe/2B配料在1150 ℃,Ar气氛下,无压烧结1 h可获得纯度较高的Fe_2AlB_2材料;1.1Al/FeB配料在1100-1200 ℃温度范围,Ar气氛下,无压烧结1h亦可获得纯度较高的Fe_2AlB_2材料。采用X射线衍射分析和扫描电子显微镜对合成材料的物相组成和微观结构进行了表征。另外,采用1.1Al/2FeB在1100 ℃,30 MPa压力,保温保压1 h,热压烧结制备了 Fe_2AlB_2致密块体。并对Fe_2AlB_2块体材料的力学性能进行了测定。此外,为了确定Fe_2AlB_2材料在高温环境中的应用,本文首次研究了 Fe_2AlB_2的热稳定性和抗热震性。Fe_2AlB_2在Ar气氛中于1236 ℃发生剧烈分解。Fe_2AlB_2在600-1200 ℃范围的热震实验证实,热震后Fe_2AlB_2的残余强度随着热震温度的升高而持续降低。采用X射线衍射分析(XRD)、差热分析(DSC)和扫描电子显微镜(SEM)对热分解和热震后的样品物相,相变和微观组织形貌进行表征,对相关机制进行了分析。
【图文】：

三元过渡金属硼化物ＭＡＢ相材料拥有与ＭＡＸ相材料相类似的纳米层逡逑状结构［１，２］，其中Ｍ为过渡金属元素，目前已知Ａ为Ａ１和Ｚｎ元素，而Ｂ仅为硼逡逑元素，如图１－１所示。由于ＭＡＢ相陶瓷材料的晶体结构是由二元硼化物的晶格中逡逑插入单层或双层的Ａ原子层形成的三元纳米层状过渡金属硼化物［３］，使得ＭＡＢ相逡逑融合了陶瓷和金属材料的优异性能，同时也改善了二元硼化物的损伤容限低、抗逡逑氧化能力差等性能。其中己知的ＭＡＢ相包括，１１１相：ＭｏＡｌＢ，邋ＷＡ１Ｂ；邋２１２相：逡逑Ｆｅ２ＡｌＢ２，邋Ｃｒ２ＡｌＢ２，邋Ｍ１１２ＡＩＢ２，邋Ｃ０２ＡＩＢ２，邋ＮｂＡｌＢ２，邋ＲＵ２Ｚ１１Ｂ２；邋３２２邋相：ＲＵ３ＡＩ２Ｂ２；邋３１４邋相：逡逑Ｃｒ３ＡｌＢ４；邋４１６邋相：Ｃｒ４ＡｌＢ６；固溶体相：（Ｍｃ＾邋ＣｒＪＡｌＢ，邋（Ｍｏｘ，ＷＪＡＩＢ，队逡逑Ｃｒ＾）ＡｌＢ２

式破碎机和行星球磨机两种仪器对其进行加工，并要确保ＦｅＢ粉的粒度小于２００逡逑目。为减少原料粉对实验结果产生影响，对ＦｅＢ粉进行了邋ＸＲＤ和ＳＥＭ的测试分逡逑析，，由图２－１和图２－２可知ＦｅＢ粉的纯度和粒度均己达到所需数值，进而排除原料逡逑粉的影响。逡逑？邋ＦｅＢ邋ｖ邋Ｆｅ３Ｂ逡逑_N逡逑Ｚ３逦Ｖ逡逑ＣＯ逡逑Ｉ逦￥逡逑Ｂ逦，逦，逡逑Ｓ逦，逡逑Ｖ逦Ｖ逡逑１０逦２０逦３０逦４０逦５０逦６０邋７０邋８０逦９０逡逑２邋Ｔｈｅｔａ（ｄｅｇｒｅｅ）逡逑图２－１邋ＦｅＢ粉ＸＲＤ图谱逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋ＸＲＤ邋ｐａｔｔｅｒｎ邋ｏｆ邋ＦｅＢ邋ｐｏｗｄｓ逡逑１１逡逑
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ174.1

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本文编号：2661767