反应合成Ag/Al_2O_3粉体复合材料的制备研究

【摘要】：本文基于实验现象,利用材料计算分析软件：Materials Studio (MS),从能量最小化角度寻求整个反应路径。采用机械合金化法制备Al2O3负载Ag粉体复合材料,通过SEM、XRD等实验手段检测从基体中析出的Ag颗粒尺寸及析出量。着重从电子-原子层次详细阐述反应过程中合金中间化合物转变,寻找过渡态最后生成稳定相的过程,溶质原子对基体电子结构造成的影响,稳定相、亚稳相的热力学性能的研究与探讨,对整个反应过程中可能出现的亚稳相从能量角度及热力学稳定性方面进行理论计算。证实了Al的活化性能高于Ag,O的参与对反应过程起到了主导作用,理论分析了反应初始体系内部原子的迁移途径及降温过程,最后预测出完整的反应路径。 经过原子、电子的层次分析可知,Al与O键合的程度最强,布居数及能态密度反应出Al-O成键的能力明显高于Ag-O,形成的Al-O键的结合使体系能量更低,解释了为何O原子会通过长程扩散与Al原子结合而不与Ag原子结合。结合能大小依次为：Al2O3AlOAg3O4Al2OAg2O2Ag2O3Ag2OAg6O2AgO,AgxOY相的稳定性最差,生成焓大小依次为：A12O3AlOAl2OAg6O2Ag2O2Ag2OAg3O4Ag2O3AgO.反应过程中Al氧化物(AlxOy)容易形成,较Ag的氧化物(AgxOy)稳定,主要原因在于Al与O的亲和作用大。对于反应过程中可能出现的过渡相AlxOy和AgxOy,AgxOy稳定性相对较差,过渡相随着温度升高分解,作为氧化过程的O源；反应发生时首先是扩散性很强的O,其次为活泼程度较高的Al,最后为惰性的Ag；在降温过程中,O与Al的亲和程度大于O与Ag,在O与Al周围Ag单质析出。采用球磨与模拟的方法对Al-Ag固溶体Ago.8Al0.2、Ag0.65Al0.35、Ag0.75Al0.25、Ag0.667Al0.333、Ag0.842Al0.158在氧化气氛下Ag的扩散与转化形成过程进行了研究,当Al-Ag固溶体发生氧化时,粉体表面形成AlxOy结构,析出单质Ag,氧化的进行为单质Ag的析出提供动力,粉体内部形成AgxAly不稳定结构,体系在氧化析出过程中,存在着Ag析出和Al2O3氧化膜形成速率相互冲突的两个过程,导致Ag的析出量受制约,与理论计算各物相结合能基本一致。通过控制Al-Ag固溶体的氧化反应速率,Ag的短路径扩散和Al2O3致密氧化膜的形成,制备高温性能稳定的Ag/Al2O3粉体复合材料是可行的。