CN104862573B - 一种含大量准晶微米颗粒的多层三明治结构的制备工艺 - Google Patents

Abstract

一种含大量准晶微米颗粒的多层三明治结构的制备工艺，属于金属材料制备技术领域。通过热处理方式制备的材料为一种多层结构，且每个片层的两面均含有大量且均匀分布的微米级Al‑Cu‑Fe准晶。层与层之间为空隙，因而该材料同时具有孔材料的特征。准晶颗粒的尺寸在10μm——200μm之间，其形状有足球状的五边形十二面体、橄榄球状的多面体以及介于两者之间的不规整的多面体。每层的厚度为50μm——480μm，多层层状结构互相平行的叠加在一起，进一步形成一个多层的三明治夹层结构。这些夹层在空间上有不同的取向，并互相叠加形成复杂的层状多孔结构。本发明制备工艺简单，成本低，得到的准晶产量高，为工业化批量生产准晶单晶及利用准晶体外表面的特殊性质提供了解决方案。

Description

一种含大量准晶微米颗粒的多层三明治结构的制备工艺

技术领域

本发明属于金属材料制备技术领域，涉及一种含大量准晶微米颗粒的多层三明治结构的制备工艺。

背景技术

准晶体或准晶(Quasicrystal)是准周期晶体(Quasicperiodic Crystal)的简称，它是具有长程准周期性平移序，又具有非晶体学旋转对称性的一种固态有序相。由于其具有特异的结构，因此它具有一系列的特异性能，如高硬度、抗摩擦性、低的导热率、耐蚀、耐热等，所以准晶在汽车、电力、航空航天等领域有一定的应用前景。

目前，准晶的微纳米化主要应用有如下几个方面：一是作为涂层材料，从而改变材料的表面性能；二是作为第二相颗粒增强相，改变软基体材料(如铝、镁等金属)的一些机械性能；三是利用其特殊的表面特性，再催化等领域有一定的应用；四是可以做为磨料；五是可以添加在润滑剂中，对改善润滑剂的性能有一定的作用。所以，如果能够用简单、低成本的工艺制备出符合需求的准晶颗粒，并能够达到控制准晶的颗粒形貌、尺寸，达到工业化生产可控的准晶，那么将为研究准晶应用方面提供现成的原料，更加方便研究。

在制备准晶的工艺上有很多方法，如磁控溅射法、气体雾化法、甩带法等。文献(A.M.Korsunsky,A.I.Salimon,I.Pape,A.M.Polyakov and A.N.Fitch,The thermalexpension coefficient of mechanically alloyed Al-Cu-Fe quasicrystallinepowders,Scripta Mater.44(2001)217–222)报道的就是机械合金化法。但是这些方法得到的准晶产量都比较低，也没有什么规律性，而且工艺也比较复杂，成本也很高，所以寻求一种高产量、低成本的简单工艺对于准晶生产至关重要，特别是能够生产出有规律性的准晶对准晶的批量化生产有重要的意义。

发明内容

本发明提供了一种含大量准晶微米颗粒的多层三明治结构的制备工艺，制备的准晶不仅多且具有多层三明治结构，且是一种孔结构材料。

一种含大量准晶微米颗粒的多层三明治结构的制备工艺；其特征是：通过热处理方式制备的多层结构，层与层之间有一定的空隙。其中每个层片的两面均含有大量且均匀分布的微米级Al-Cu-Fe准晶颗粒。对于材料成分的要求：合金为Al_xCu_yFe_z，其原子百分比为：60≤x≤63，20≤y≤30，10≤z≤17；热处理温度范围：900℃——1200℃，保温时间范围：10分钟——240小时，冷却方式为炉冷；经过热处理得到尺寸在10μm——200μm之间的准晶颗粒。

具体制备工艺步骤如下：

(1)对于材料成分的要求：合金为Al_xCu_yFe_z，其中x+y+z＝100为原子百分比，60≤x≤63，20≤y≤30，10≤z≤17。

(2)按上述不同原子配比进行配料，在电磁感应炉中熔炼均匀。

(3)将熔炼均匀的锭切成小块，并用石英管进行真空封装。

(4)封装后的样品进行热处理处理，温度范围：900℃——1200℃，保温时间范围：10分钟——240小时，冷却方式为缓慢冷却。

(5)经过热处理可以得到各种形状和尺寸的准晶，这些准晶会形成一种多孔的多层三明治结构，这种多孔层状层状结构在导热等性能方面与一般材料相比要低。

这些颗粒的形状有足球状的五边形十二面体、橄榄球状的多面体以及介于两者之间的不太规整的多面体；这些准晶颗粒排布在厚度为50μm——480μm之间的Al-Cu-Fe合金墙两侧，形成一个两面均长有大量微米准晶的层状结构；层与层之间有一定的孔隙，形成一种特殊的孔结构；多层层状结构互相平行的叠加在一起，可以进一步形成一个类似多层三明治夹层的多层结构；这些夹层有不同的空间取向，他们互相叠加在一起，形成复杂的层状多孔材料。

本发明的有益效果在于：

(1)这种通过热处理得到准晶的方法工艺比较简单，成本也比较低，而且得到的准晶产量也很高。

(2)形成的准晶排布比较有规律，微米级准晶颗粒分散在Al-Cu-Fe合金墙幕两侧，形成一个三明治夹层，层与层之间有一定的孔隙，这些夹层可以有不同的空间取向，他们互相叠加在一起，形成复杂的层状多孔材料。

附图说明

附图1是实施例一中的多孔三明治结构的层状扫描图，

其中图a为多孔三明治结构的整体层状图，图b为生长着微米颗粒准 晶的单片层图。

具体实施方式

实施例一：

按照原子成分配比为Al₆₃Cu₂₅Fe₁₂，将纯铝、纯铜和纯铁分别进行称量，在电磁感应熔炼炉中熔炼均匀后切成20×20×20mm的小块，并进行真空封装，进行热处理处理。保温温度为1200℃，保温时间为240小时，随炉冷却。可以得到尺寸在20μm——200μm之间的准晶颗粒，形状主要为足球状的五边形十二面体以及不太规整的多面体。这些准晶颗粒排布在厚度为100μm——480μm之间的Al-Cu-Fe合金墙两侧，层与层具有一定的孔隙，形成一个三明治夹层结构(如附图1所示)，得到的准晶在合金中所占比例在90％以上。

实施例二：

按照原子成分配比为Al₆₃Cu₂₅Fe₁₂，将纯铝、纯铜和纯铁分别进行称量，在电磁感应熔炼炉中熔炼均匀后切成20×20×20mm的小块，并进行真空封装，进行热处理处理。保温温度为900℃，保温时间为5h，随炉冷却。可以得到尺寸在10μm——100μm之间的准晶颗粒，形状主要为类似足球状的五边形十二面体、橄榄球状的多面体以及介于两者之间的不太规整的多面体。这些准晶颗粒排布在厚度为50μm——180μm之间的Al-Cu-Fe合金墙两侧，层与层具有一定的孔隙，形成一个三明治夹层结构，与图1类似。

实施例三：

按照原子成分配比为Al₆₀Cu₃₀Fe₁₀，将纯铝、纯铜和纯铁分别进行称 量，在电磁感应熔炼炉中熔炼均匀后切成20×20×20mm的小块，并进行真空封装，进行热处理处理。保温温度为1200℃，保温时间为10分钟，随炉冷却。可以得到尺寸在15μm——120μm之间的准晶颗粒，形状主要为类似足球状的五边形五边形十二面体、橄榄球状的多面体以及介于两者之间的不太规整的多面体。这些准晶颗粒排布在厚度为80μm——200μm之间的Al-Cu-Fe合金墙两侧，层与层具有一定的孔隙，形成一个三明治夹层结构，与图1类似。

实施例四：

按照原子成分配比为Al₆₃Cu₂₀Fe₁₇，将纯铝、纯铜和纯铁分别进行称量，在电磁感应熔炼炉中熔炼均匀后切成20×20×20mm的小块，并进行真空封装，进行热处理处理。保温温度为1100℃，保温时间为2小时，随炉冷却。可以得到尺寸在10μm——80μm之间的准晶颗粒，形状为不规则的二十面体。这些准晶颗粒排布在厚度为100μm——200μm之间的Al-Cu-Fe合金墙两侧，层与层具有一定的孔隙，形成一个三明治夹层结构，与图1类似。

Claims (1)

1.一种含大量准晶微米颗粒的多层三明治结构的制备工艺；其特征是：通过热处理方式制备的多层结构，层与层之间有一定的空隙；其中每个层片的两面均含有大量且均匀分布的微米级Al-Cu-Fe准晶颗粒；具体的工艺步骤为：

(1)合金为Al_xCu_yFe_z，其原子百分比为：60≤x≤63，20≤y≤30，10≤z≤17；

(2)按照步骤(1)所述的合金成分配比配置称取相应的纯铝、纯铁以及纯铜，将称好的料在电磁感应炉中熔炼均匀；

(3)将熔炼均匀的金属锭切成小块，用石英管进行真空封装；

(4)对封装好的材料进行热处理，热处理的温度范围是900℃——1200℃，保温时间范围为10分钟——240小时，冷却方式为随炉冷却；

(5)经过热处理得到尺寸在10μm—200μm之间的准晶颗粒，这些颗粒的形状有足球状的五边形十二面体、橄榄球状的多面体以及介于两者之间的不规整的多面体；这些准晶颗粒排布在厚度为50μm—480μm之间的Al-Cu-Fe合金墙两侧，形成一个两面均长有大量微米准晶的层状结构；层与层之间有一定的孔隙，形成一种层状的孔结构；多层层状结构相平行的叠在一起，进一步形成一个多层的三明治夹层结构；这些夹层在空间上有不同的取向，并互相叠加形成复杂的层状多孔结构。