Fe-Si的機(jī)械合金化及β-FeSi-,2-的制備研究.pdf

1、Fe-Si合金是一種非常有發(fā)展?jié)摿Φ墓δ懿牧希蟻碓簇S富，價(jià)格低廉，使其具有很高的研究價(jià)值。其中β-FeSi2作為熱電材料，在世界能源危機(jī)日益顯現(xiàn)和人們致力于綠色能源開發(fā)的今天，對其的研究開發(fā)應(yīng)用有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。本課題采用了機(jī)械合金化的方法，以SEM和XRD為主要分析手段，通過對Fe-Si混合粉體的合金化過程及其相變規(guī)律的系統(tǒng)研究，結(jié)合合金粉體的成型及熱處理工藝試驗(yàn)，探索出了一種工藝簡單、高效、快速的β-FeSi2制備新方法：用純

2、度為99.5％的Fe粉和純度為99.9％的Si粉按1:2(原子比)的成分配比在球磨速度450r/min、球料比80:1工藝下球磨5h，使其機(jī)械合金化，然后，將合金粉體壓制成型再經(jīng)800℃保溫1h熱處理獲得了單相β-FeSi2熱電材料。 本文主要研究內(nèi)容與結(jié)果如下： 對Fe-Si粉體的機(jī)械合金化過程進(jìn)行了研究，得出Fe-Si合金機(jī)械合金化過程主要分成三個(gè)階段。第一階段為混合粉體的破碎過程，脆性的Si粉在短時(shí)間內(nèi)被破碎成細(xì)小

3、的顆粒狀粉體，延性的Fe粉被球磨介質(zhì)擠壓成片狀粉體；第二階段是延性的片狀的Fe粉和硬脆的顆粒狀的Si粉形成層狀復(fù)合粉體的過程；第三階段為合金化過程，合金相的核在Fe粉和Si粉冷焊面上形成，通過Fe、Si原子擴(kuò)散，核向兩邊擴(kuò)展長大成為Fe-Si金屬間化合物。 對Fe-Si粉體機(jī)械合金化工藝參數(shù)的影響進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：過低的球磨速度不利于Fe-Si粉體的機(jī)械合金化進(jìn)程。球料比較低時(shí)，由于磨球運(yùn)動自由度大，平均自由程較長，因此對粉

4、體的破碎作用較大，可獲得比較細(xì)小的粉體。但粉體合金化程度較低。球料比增大，雖然破碎作用減弱，但由于磨球?qū)Ψ垠w擠壓和碰撞次數(shù)增加，更有利于粉體間焊合。故粉體合金化程度提高，同時(shí)獲得β-FeSi2相的量增多。延長球磨時(shí)間可以促進(jìn)合金化進(jìn)一步進(jìn)行，成分趨于均勻，粉體顆粒更細(xì)小。綜合各種球磨工藝因素的影響，得出最佳的Fe-Si機(jī)械合金化工藝為球磨速度450r/min、球料比為80:1、球磨時(shí)間為5h，在該工藝下粉體可在較短的時(shí)間內(nèi)完全合金化，組

5、成相為α-Fe2Si5、β-FeSi2和8-FeSi。 對Fe-Si合金粉體的成型及熱處理進(jìn)行了研究，將機(jī)械合金化得到的由α-Fe2Si5、ε-FeSi和β-FeSi2三相組成的合金粉體模壓成型后，采用800℃保溫1小時(shí)的熱處理工藝即可獲取單一β-FeSi2，與電弧熔煉樣品出現(xiàn)大量的宏觀微觀裂紋以及隨后的144小時(shí)退火獲取單一β-FeSi2的工藝相比，突顯了機(jī)械合金化加短時(shí)間熱處理制備工藝的優(yōu)越性。而1100℃保溫1～3小時(shí)再降