納米晶金屬材料的熱力學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、本論文以幾種納米晶金屬材料和相應(yīng)的粗晶金屬材料為研究對(duì)象，運(yùn)用差熱掃描量熱儀(DSC)和綜合物性測(cè)量系統(tǒng)(PPMS)對(duì)納米晶普通工業(yè)純鐵、純銅、純鋁和304不銹鋼以及相應(yīng)的普通工業(yè)純鐵、純銅和純鋁及304不銹鋼做了熱力學(xué)性質(zhì)研究。其中包括熱穩(wěn)定性及低溫區(qū)和中溫區(qū)比熱。得到的結(jié)果與德拜模型和晶格振動(dòng)理論基本相符。
　　本文首先簡(jiǎn)要介紹了納米材料的一些基本概念和當(dāng)前有關(guān)納米材料結(jié)構(gòu)和熱力學(xué)性能的研究進(jìn)展及本論文用到的理論和方法，包括德

2、拜理論、晶格振動(dòng)理論、晶格動(dòng)力學(xué)等。然后說(shuō)明了運(yùn)用這些方法和理論解釋一些相關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
　　利用差熱掃描量熱儀和綜合物性測(cè)量系統(tǒng)研究了納米晶工業(yè)純鐵的熱穩(wěn)定性和比熱。發(fā)現(xiàn)在300℃～900℃納米晶工業(yè)純鐵保持了較好的穩(wěn)定性，這主要是由于界面能降低和界面兩側(cè)相鄰晶粒之間的差別較小抑制了晶界的遷移和晶粒的長(zhǎng)大。納米晶材料晶界結(jié)構(gòu)無(wú)序，相對(duì)于粗晶內(nèi)部原子晶界原子表現(xiàn)出了一定的過(guò)剩體積，納米晶體中界面的非簡(jiǎn)諧效應(yīng)較粗晶材料強(qiáng)，并且德拜溫度

3、比粗晶低并隨著晶粒的尺寸減小而降低，這決定了納米材料的比熱高于相應(yīng)的粗晶材料。
　　納米晶銅在300℃～900℃范圍內(nèi)保持了較好的熱穩(wěn)定性，其比熱大于粗晶銅的比熱。主要由于納米晶銅內(nèi)部結(jié)構(gòu)中存在著一種低能激發(fā)態(tài)，它與結(jié)構(gòu)無(wú)序性緊密相連，且在很低的溫度下就可以被激發(fā)，使得納米晶銅的比熱容出現(xiàn)了附加項(xiàng)。
　　納米晶鋁和普通純鋁的熱穩(wěn)定性基本沒(méi)有差別，而比熱存在不。納米晶純鋁內(nèi)部基本上沒(méi)有位錯(cuò)或者缺陷，這與普通純鋁展現(xiàn)的行為相近，