一種Al-Pd-Mn準晶的制備方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明屬于金屬材料技術領域,特別一種準晶的制備方法。
【背景技術】
[0002]1984年在美國國家標準局工作的以色列科學家D.Shechtman在快速凝固的Al-Mn二元合金中發(fā)現(xiàn)了一種奇特的具有金屬性質(zhì)的相一二十面體相,這是一種新的晶體學結構。這種新相的電子衍射斑點相當明銳,并且顯示出晶體結構所不允許的五次旋轉(zhuǎn)對稱性,因此無法用任何一種布拉菲點陣去標定。這種新相是一種具有長程準周期平移有序和非晶體學旋轉(zhuǎn)對稱性的固態(tài)有序相,很快被稱之為準晶相。準晶特殊的結構引起了人們濃厚的興趣,并促使研究者在相關體系中尋找準晶。最初幾年,研究體系主要集中在二元體系并很快發(fā)現(xiàn)這些準晶都是亞穩(wěn)相。很快研究體系擴展到三元體系,并發(fā)現(xiàn)了一些穩(wěn)定的準晶相,其中Al-Pd-Mn就是典型體系之一。最初,二十面體Al-Pd-Mn體系準晶相是通過單輥熔淬裝置(single roller melt spinning apparatus)快速凝固技術實現(xiàn)的(簡稱用帶法)。截止目前,獲得Al-Pd-Mn體系準晶相的其他方法有:提拉法(Czochralski method)、布里奇曼法(Bridgman method)、自助恪劑法(self-flux method)和浮區(qū)法(Floating zone method)。通過甩帶法獲得的準晶體不致密,易出現(xiàn)孔隙等缺陷。后幾種方法可以獲得高質(zhì)量的單晶,但是需要極其嚴格的樣品預處理并且要對加熱溫度和時間等精確控制。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明目的在于提供一種工藝簡單、高效、準晶相含量高的Al-Pd-Mn準晶的制備方法。本發(fā)明主要是采用高壓法制備Al-Pd-Mn準晶,直接將壓力作用于均勻混合并處于加熱熔融狀態(tài)的Al、Pd、Mn混合原料之上,按照設定溫度、壓力、反應時長啟動六面頂壓機可直接制得單相、含大尺寸晶粒的準晶塊體。
[0004]本發(fā)明的技術方案如下:
[0005](I)Al-Pd-Mn準晶的化學成分的原子配比為:Al 70-72%,Pd 18-21%,Mn 7-12 %,所述Al、Pd、Mn為高純金屬粉;最優(yōu)化成分為Al71PcboMn9。
[0006](2)將高純Al粉、Pd粉、Mn粉充分研磨混合均勻之后裝入硬質(zhì)合金模具中,在液壓壓片機中2-4MPa下加壓100-300s,制得預備塊體;
[0007](3)將石墨爐管狀爐體兩端用葉臘石片密封,石墨爐中套裝氮化硼坩禍,坩禍兩端用氮化硼片密封,同時石墨爐兩端用石墨片作為包裹及導電,然后將上述管狀石墨爐體、氮化硼坩禍、氮化硼片、葉臘石片以及石墨片連同六面頂壓機使用的葉臘石方塊以及導電鋼碗放于溫度為100-200 0C的烘干箱中烘干2-4小時以上備用。
[0008](4)將步驟(2)的預備塊體裝入氮化硼坩禍中并將步驟(3)預烘干的管狀石墨爐體、氮化硼坩禍、氮化硼片、葉臘石片以及石墨片組裝,放置于六面頂壓機中,設定壓力控制在3-6GPa等靜壓,控制溫度加熱至850°C_950°C之間,保溫30-60min;待溫度降至650-850°C,保溫2-6h。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點:
[0010]1、工藝簡單、能耗低、效率高,從原料到準晶一步到位、只需采用常規(guī)高壓設備。
[0011]2、制得的準晶相含量高,質(zhì)量優(yōu)良。
[0012]說明書附圖
[0013]圖1為本發(fā)明實施例1所得到準晶XRD圖。
[0014]圖2為本發(fā)明實施例1中AhiPd2QMn9準晶2重對稱軸方向衍射花樣圖。
[0015]圖3為本發(fā)明實施例1中Al71Pd2QMn9準晶3重對稱軸方向衍射花樣圖。
[0016]圖4為本發(fā)明實施例1中Al71Pd2QMn9準晶5重對稱軸方向衍射花樣圖。
[0017]圖5為本發(fā)明實施例2所得到準晶TEM的高分辨圖。
[0018]圖6為本發(fā)明實施例2所得到準晶SEM圖。
[0019]圖7為本發(fā)明實施例3所得到準晶SEM圖。
【具體實施方式】
[0020]實施例1
[0021](I)按原子配比計算稱取高純Al粉、Pd粉、Mn粉原料,其重量分別為1.0076g、1.1194g、0.2601g(按照AhiPd2QMn9稱取),,將上述粉料放置于研缽中充分研磨混合均勻裝于內(nèi)徑為φ 10.6mm的硬質(zhì)合金模具中,在液壓壓片機中加壓4Mpa為時120s,獲得直徑Φ10.6mm厚度7.6mm的簡單機械壓合高壓預備塊體。
[0022](2)石墨爐為高16.6mm外徑Φ 14mm內(nèi)徑Φ 12.1mm管狀爐體,兩端用Φ 12.06mm厚3.3mm葉臘石片密封,石墨爐中套裝氮化硼;t甘禍,i甘禍高1mm外徑Φ 12mm內(nèi)徑Φ 10.8mm,兩端用直徑Φ 10.75mm厚1.2mm氮化硼片密封,同時石墨爐兩端包裹及導電用石墨片規(guī)格為直徑Φ 14厚1.6_。將上述管狀石墨爐體、氮化硼坩禍、氮化硼片、葉臘石片以及石墨片連同六面頂壓機使用的葉臘石方塊以及導電鋼碗放于溫度為180°C的烘干箱中烘干3小時以上備用。
[0023](3)將步驟(I)制得的預備塊體裝入氮化硼坩禍中并將步驟(2)預烘干的管狀石墨爐體、氮化硼坩禍、氮化硼片、葉臘石片以及石墨片組裝,放置于六面頂壓機中,設定壓力為5GPa等靜壓;溫度加熱至900°C,保溫30min;待溫度降至750°C,保溫2h。
[0024](4)保溫結束后直接斷開電流停止加熱。
[0025 ] (5)取出塊體,小心剝離樣品外殘留BN,清潔表面,獲得Al71Pd2QMn9準晶。
[0026]對準晶經(jīng)行XRD掃描測試,確定成分,如圖1所示,可以看到明顯的Al71Pd2QMn9衍射峰,且可以判斷準晶相占主導。
[0027]如圖2所示為準晶的2重對稱軸方向衍射斑點;如圖3所示準晶的3重對稱軸方向衍射斑點;如圖4所示準晶的5重對稱軸方向衍射斑點。通過圖2-4可以證明晶粒的電子衍射具有二十面體對稱性,晶粒為二十面體準晶。
[0028]如圖5所示為準晶五重對稱方向觀察到的原子排布,這從實空間確認所觀察晶粒為準晶顆粒。
[0029]如圖6所示,為在SEM掃描電鏡下觀察到的顆粒生長形貌,規(guī)則的幾何外形特別是五邊形的外形給出了準晶顆粒生長的動力學信息。
[0030]實施例2
[0031](I)按原子配比計算稱取高純Al粉、Pd粉、Mn粉原料,其重量分別為1.0700g、1.0551g、0.3631g(按照Al72Pd18Mn12稱取),將上述粉料放置于研缽中充分研磨混合均勻裝于內(nèi)徑為Φ 10.6mm的硬質(zhì)合金模具中,在液壓壓片機中加壓2Mpa為時300s,獲得直徑Φ10.6mm厚度7.6mm的簡單機械壓合高壓預備塊體。
[0032](2)石墨爐為高16.6mm外徑Φ 14mm內(nèi)徑Φ 12.1mm管狀爐體,兩端用Φ 12.06mm厚3.3mm葉臘石片密封,石墨爐中套裝氮化硼;t甘禍,i甘禍高1mm外徑Φ 12mm內(nèi)徑Φ 10.8mm,兩端用直徑Φ 10.75mm厚1.2mm氮化硼片密封,同時石墨爐兩端包裹及導電用石墨片規(guī)格為直徑Φ 14厚1.6_。將上述用于實驗的管狀石墨爐體、氮化硼坩禍、氮化硼片、葉臘石片以及石墨片連同六面頂壓機使用的葉臘石方塊以及導電鋼碗放于溫度為100°C的烘干箱中烘干4小時以上備用。
[0033](3)將步驟(I)制得的預備塊體裝入氮化硼坩禍中并將步驟(2)預烘干的管狀石墨爐體、氮化硼坩禍、氮化硼片、葉臘石片以及石墨片組裝,放置于六面頂壓機中,設定壓力為3GPa等靜壓;溫度加熱至950°C,保溫60min;待溫度降至650°C,保溫6h。
[0034](4)保溫結束后直接斷開電流停止加熱。
[0035 ] (5)取出塊體,小心剝離樣品外殘留BN,清潔表面,獲得Al72Pd18Mn12準晶。
[0036]如圖5所示,可以看出明顯的五重對稱,因此可以確定合成了準晶相。如圖6所示,圖中規(guī)則的幾何外形也可以判斷合成的為準晶。
[0037]實施例3
[0038](I)按原子配比計算稱取高純Al粉、Pd粉、Mn粉原料,其重量分別為0.9826g、1.1626g、0.2001g(按照AhoPd21Mm稱取),將上述粉料放置于研缽中充分研磨混合均勻裝于內(nèi)徑為Φ 10.6mm的硬質(zhì)合金模具中,在液壓壓片機中加壓3Mpa為時100s,獲得直徑Φ
10.6mm厚度7.6mm的簡單機械壓合高壓預備塊體。
[0039](2)石墨爐為高16.6mm外徑Φ 14mm內(nèi)徑Φ 12.1mm管狀爐體,兩端用Φ 12.06mm厚3.3mm葉臘石片密封,石墨爐中套裝氮化硼;t甘禍,i甘禍高1mm外徑Φ 12mm內(nèi)徑Φ 10.8mm,兩端用直徑Φ 10.75mm厚1.2mm氮化硼片密封,同時石墨爐兩端包裹及導電用石墨片規(guī)格為直徑Φ 14厚1.6_。將上述用于實驗的管狀石墨爐體、氮化硼坩禍、氮化硼片、葉臘石片以及石墨片連同六面頂壓機使用的葉臘石方塊以及導電鋼碗放于溫度為200°C的烘干箱中烘干2小時以上備用。
[0040](3)將步驟(I)制得的預備塊體裝入氮化硼坩禍中并將步驟(2)預烘干的管狀石墨爐體、氮化硼坩禍、氮化硼片、葉臘石片以及石墨片組裝,放置于六面頂壓機中,設定壓力為6GPa等靜壓;溫度加熱至850°C,保溫45min;待溫度降至850°C,保溫4h。
[0041 ] (4)保溫結束后直接斷開電流停止加熱。
[0042 ] (5)取出塊體,小心剝離樣品外殘留BN,清潔表面,獲得AhoPd21Mm準晶。
[0043]如圖7所示,從圖中規(guī)則的幾何外形可以判斷合成的為準晶樣品。
【主權項】
1.一種Al-Pd-Mn準晶的制備方法,其特征在于: (1)Al-Pd-Mn準晶的化學成分的原子配比為:Al70-72% ^Pd 18-21% ^Mn 7-12%; (2)將高純Al粉、Pd粉、Mn粉充分研磨混合均勻之后裝入硬質(zhì)合金模具中,在液壓壓片機中2-4MPa下加壓100-300s,制得預備塊體; (3)將石墨爐管狀爐體兩端用葉臘石片密封,石墨爐中套裝氮化硼坩禍,坩禍兩端用氮化硼片密封,同時石墨爐兩端用石墨片作為包裹及導電,然后將上述管狀石墨爐體、氮化硼坩禍、氮化硼片、葉臘石片以及石墨片連同六面頂壓機使用的葉臘石方塊以及導電鋼碗放于溫度為100-200 0C的烘干箱中烘干2-4小時以上備用; (4)將步驟(2)的預備塊體裝入氮化硼坩禍中并將步驟(3)預烘干的管狀石墨爐體、氮化硼坩禍、氮化硼片、葉臘石片以及石墨片組裝,放置于六面頂壓機中,設定壓力控制在3-6GPa等靜壓,控制溫度加熱至850°C_950°C之間,保溫30-60min;待溫度降至650-850°C,保溫2-6h。2.根據(jù)權利要求1所述的Al-Pd-Mn準晶的制備方法,其特征在于:A1-Pd-Mn準晶的化學成分原子配比為:Al 71%、Pd 20% ^Mn 9%03.根據(jù)權利要求1或2所述的Al-Pd-Mn準晶的制備方法,其特征在于:所述Al、Pd、Mn為高純金屬粉。
【專利摘要】一種Al-Pd-Mn準晶的制備方法,其Al-Pd-Mn準晶的化學成分的原子配比為:Al?70-72%、Pd?18-21%、Mn?7-12%,將高純Al粉、Pd粉、Mn粉混合均勻之后裝入硬質(zhì)合金模具中,在液壓壓片機中2-4MPa下加壓100-300s,制得預備塊體;將上述預備塊體裝入氮化硼坩堝中并將預烘干的管狀石墨爐體、氮化硼坩堝、氮化硼片、葉臘石片以及石墨片組裝,放置于六面頂壓機中,設定壓力控制在3-6GPa等靜壓,控制溫度加熱至850℃-950℃之間,保溫30-60min;待溫度降至650-850℃,保溫2-6h。本發(fā)明工藝簡單、能耗低、效率高,從原料到準晶一步到位、只需采用常規(guī)設備,制得的準晶質(zhì)量性能優(yōu)良,具有良好的力學性能,可以廣泛的應用。
【IPC分類】C22C21/00, C22C1/04
【公開號】CN105568072
【申請?zhí)枴緾N201610008752
【發(fā)明人】范長增, 何璞
【申請人】燕山大學
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2016年1月7日