Cu、Bi对AgSnO_2复合材料反应合成的组织与性能的影响

【摘要】： 本文通过对AgSn、AgSnCu和AgSnBi合金的内氧化实验，以及反应合成AgSnO_2CuO和AgSnO_2Bi_2O_3复合材料实验的研究。从热力学和动力学上分析了Cu、Bi添加对内氧化以及反应合成制备AgSnO_2材料的影响，并对反应合成的AgSnO_2CuO和AgSnO_2Bi_2O_3复合材料在不同工艺时期的组织结构和物理性能进行了分析。 通过热力学计算得到：1)各金属与氧的亲合力Sn＞Bi＞Cu；2)在热力学上SnO_2比SnO更稳定，CuO比Cu_2O更稳定；3)在AgSnCu系统中的化学位Cu＞Ag＞Sn，在AgSnBi系统中的化学位Ag＞Sn＞Bi。 AgSn合金内氧化的过程中，很容易发生外氧化。AgSnCu合金内氧化机理与AgSn类似，在反应的过程中未氧化的Sn又可以夺取CuO中的O，但这需要一定的温度来提供足够的能量，去克服能垒，所以在这个温度点之前，AgSnCu的内氧化增重曲线跟AgSn很接近，或者比AgSn的增重少，因为Sn是比Cu更容易氧化的。这个关键的温度点为350℃。AgSnBi合金中，Bi几乎不溶氧，Bi的存在，稀释了Sn的浓度，降低了Sn形成氧化膜的速率，随着反应的进行，Bi依附吸附了过量氧的Sn生成氧化物，但内层中未氧化的Sn又可以夺取已氧化的Bi的氧，这需要一定的温度来提供足够的能量去克服能垒，这关键温度点为250℃。 反应合成AgSnO_2CuO(SnO_27.42wt％，CuO6.21wt％)和AgSnO_2Bi_2O_3(SnO_27.79wt％，Bi_2O_35.44wt％)复合材料的过程中，AgSnBiO系统的反应激活能约为235KJ／mol，AgSnCuO系统约为229KJ／mol，在相同的加热条件下，AgSnCuO系统先发生化学脱附，反映在温度上，就是AgSnCuO的脱附温度比AgSnBiO的脱附温度低20℃左右，为350℃。 反应合成过程中：1)AgSnCu合金系统吸附氧的能力比较强，合金中Cu浓度越高，则吸附氧的能力越强，AgSnBi合金系统吸附氧的能力就比较弱，并且合金中Bi浓度越高，吸附氧的能力就越弱；2)AgSnCuO系统先是发生明显的置换反应，生成数量较多的氧化物，其中CuO的大量生成使基体的密度明显下降，再是基体中未反应Sn、Cu与游离氧的反应，生成的混合氧化物(SnO_2和CuO混杂在一起)弥散分布于基体，在晶界处有明显聚集。3)AgSnBiO系统，Bi被浓缩在晶界上，脆化了晶界，SnO_2在大颗粒的界面处偏聚，由于生成Bi_2Sn_2O_7使基体的密度下降。