Ga-In-Pd三元相图的热力学计算和实验研究

发布时间：2020-07-24 02:37

【摘要】：Pd基合金在半导体,航空航天,汽车制造、医疗等科技领域具有广泛的应用,并且Pd基低熔点合金的设计在石墨烯制备方面具有潜在的应用前景。Ga-In-Pd相图数据库的建立可为此合金的广泛应用奠定重要的基础。本课题的主要工作是Ga-In-Pd三元系相图的热力学计算和实验研究,为建立Ga-In-Pd三元合金的热力学数据库提供可靠的实验数据和热力学参数。主要研究结果如下:利用相图计算(CALPHAD)技术,搜集相关实验数据,采用Pandat热力学软件优化计算Ga-Pd二元系相图,获得一组自洽的热力学参数。其中,液相与端际溶体相Fcc-Pd采用替换溶体模型,用Redlich-Kister(R-K)多项式描述过剩吉布斯自由能;对于GaPd_2固溶体,本文采用亚点阵模型(Ga,Pd)(Pd)_2;其它二元中间化合物均处理为化学计量比化合物,根据Neuman-Kopp规则确定吉布斯自由能表达式。利用相图计算(CALPHAD)技术,结合本工作优化得到的Ga-Pd二元系参数和文献报道的Ga-In及In-Pd二元系热力学参数,采用pandat热力学软件外推Ga-In-Pd三元系相图。另外也计算了Ga-In-Pd三元系液相面的投影图、300℃和500℃等温截面图。制备了Ga-In-Pd三元合金在300℃和500℃下的长时间退火样品,通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)实验,分析其平衡相,并和外推计算结果进行对比分析。采用差示扫描量热法(DSC)探究样品变温过程中的相变。将DSC实验数据和计算结果进行对比,进一步分析了Ga-In-Pd三元合金变温过程中的相变过程,证明了一些相变反应的存在。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.36
【图文】：

示意图,液态,碳分布,相变过程

图 1-1 相变过程中 a): 液态 Cu (>1120℃)，b): 液态 Cu 固化表面(≈1085℃ 中) 和固态 Cu (<1000℃ 右)的碳分布示意图[22]Fig.1-1 Schematic illustration of the carbon distribution in liquid Cu (a), the solidifiedsurface of liquid Cu (b), and solid Cu (c) during the phase transition[22].1.1.3 Ga-In-Pd 合金在医学领域的应用研究银贡合金作为齿科填充材料已具有一百六十多年的历史，但医学界一直对存在争论：作为一种和人体直接接触的生物材料，齿科填充原料对人体必须是毒的，并且拥有优异的生物相容性。而汞会在常温下产生挥发，挥发的汞蒸气汞化合物大多具有剧毒（慢性），因此汞合金不适宜用于牙齿的填充材料。虽在临床应用中，部分可用复合树脂代替汞合金修复牙齿，但其存在如下缺点：操作过程复杂：需要酸腐蚀，并且需要使用粘结剂；②机械性能差：易磨损，缘容易产生裂纹等，因此复合树脂无法取代汞合金。而镓合金是一种对人体无的，对环境无害的新型功能材料。Ga-Cu-Sn、Ga-Ag-Cu-Su、Ga-Au、Ga-Pd 、Pd-Sn 等不同成分的镓合金已被研究并进行了多项性能评估：

相图测定,方法,单相合金

图 1-2 主要的相图测定方法 method of determination of phas将两种材料焊合在一起获得而在两种材料之间形成了过布。扩散偶法最早是由 Gi散偶法发展为获得金属合法，实验工作量可以很大程图的测量进程。用扩散偶法合金经常使用单相合金作为基准

公切线,二元系,法则,相平衡

上海交通大学硕士学位论文(G)作为模型函数。 Gibbs 法则：在一个物质不变，可以和外界发生能量互换的封闭过程总是向着吉布斯自由能减小的趋势进行。当一个体系处在有相的吉布斯自由能之和最小，每一种组元在所有相中的化学所示，化学势相等条件（公切线法则）：两平衡相成分就是其曲线的公切线的切点成分，成分处在两切点之间的体系是两相热力学理论，假如已知任意温度下自由能-成分曲线，通过求能之和最小及化学势相等方程组，则可以计算出相图。吉布斯和所有热力学数据的纽带[37]。

【参考文献】