新稀土金属间化合物晶体结构及高温晶格热膨胀性能研究

[目的]研究稀土-过渡族金属合金体系中的新稀土金属间化合物,挖掘稀土合金与化合物的新应用。[方法]利用扫描电子显微镜和能谱仪分析合金样品及其组成物相的成分,采用X射线粉末衍射技术研究和测定新金属间化合物的晶体结构及高温晶格热膨胀性能,并对所研究的新金属间化合物的高温热膨胀性能进行总结分析。[结果]不同的合金元素可以形成结构类型相同的晶体结构,得到了部分新金属间化合物的晶格热膨胀系数,这些新稀土金属间化合物的平均晶格热膨胀系数在10^(-6)到10^(-5)数量级之间,它们的平均单胞体积热膨胀系数也在同一数量级。[结论]化学性质相近的合金元素可以相互替代形成同构型金属间化合物。利用X射线粉末衍射同构法可测定新化合物的晶体结构,该法适用于解析二元、三元乃至多元新化合物的晶体结构。所研究的新稀土金属间化合物的热膨胀系数分别满足其各自所属晶系的热膨胀关系。

热电材料CoSi和CrSi_2的晶格热膨胀性

利用动态高温X射线衍射技术分别对立方CoSi和六方CrSi2化合物在298-973K温度范围内的晶格热膨胀性进行了研究。结果表明：化合物CoSi的点阵参数随温度升高呈线性增长关系，其平均线热膨胀系数％和平均体热膨胀系数av分别为1．14×10^-5K^-1和3．42×10^-5K^-1，两者之间符合立方晶系关系式，即3aa=av；化合物CrSi2的点阵参数随温度升高而显著增大，其中沿a轴和c轴的平均线热膨胀系数及平均体热膨胀系数分别为aa=0．96×10^-5K^-1，ac=0．73×10^-6K^-1和av=2．45×10^-5K^-1，三者之间符合六方晶系关系式，即2aa＋ac=av；化合物CrSi2沿a轴方向的线热膨胀系数远大于沿c轴方向的，呈较强的各向异性。

0.5xSm_2O_3-(1-x)CeO_2的晶体结构及其晶格热膨胀行为

采用化学共沉淀-高温煅烧方法制备了0.5x Sm_2O_3-(1-x)Ce O_2(x=0-1.0)系列陶瓷粉体,并采用XRD方法对其进行了表征。随着x值的增大,陶瓷粉体的结构从单一的萤石结构转变为萤石结构与C-型立方结构共存,最后转变为单斜结构。具有萤石结构的固溶体的晶胞参数随着掺杂量x值的增加而增大,在实验研究基础上建立了计算晶胞参数的经验公式。采用高温原位XRD技术研究了具萤石结构Sm_xCe_(1-x)O_(2-0.5x)固溶体的晶格热膨胀行为,晶胞参数随着温度的增加而近似线性的增加,室温-1200℃的平均热膨胀系数达到12.5×10^(-6) K^(-1)。

磁铅石结构NdMgAl11O19粉体的合成与晶格热膨胀

采用反向化学共沉淀法和高温煅烧法制备了磁铅石结构NdMgAl_(11)O_(19)粉体,并对粉体物相组成、化学成分、显微结构及晶格热膨胀行为进行了表征。结果表明:1 600℃煅烧得到的粉体为磁铅石结构NdMgAl_(11)O_(19),晶体发育良好,晶粒呈规则六方片状,各晶面光滑平整。a、c逐渐增大,与温度呈非线性关系。NdMgAl_(11)O_(19)的晶格热膨胀表现出各向异性,室温~1 300℃,a轴方向的平均热膨胀系数为7.3×10^(–6)/℃,c轴方向的平均热膨胀系数为11.2×10^(–6)/℃。Nd―O键的各向异性膨胀是晶格沿a、c轴方向表现出不同的热膨胀行为的主要原因。

镁基六铝酸镧粉体的制备及高温原位XRD研究

采用反向化学共沉淀-高温煅烧法制备了镁基六铝酸镧(La Mg Al_(11)O_(19))粉体。利用X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、高温原位X射线衍射及Rietveld晶体结构精修法对粉体的物相组成、显微形貌、晶体结构及晶格热膨胀行为进行了研究。结果表明,反向化学共沉淀制备的氢氧化物前驱体经1600℃热处理后完全转变为磁铅石结构的La Mg Al_(11)O_(19),呈规则六方板片状,晶面光滑平整。采用高温原位XRD技术及Rietveld晶体结构精修系统研究了镁基六铝酸镧材料的晶格热膨胀行为。随着温度的升高,镁基六铝酸镧(La Mg Al_(11)O_(19))晶格热膨胀表现出各向异性,晶胞参数a和c随温度变化关系为:a T=5.5821+1.625×10^(-5)T+1.757×10^(-8)T^2+4.24×10^(-12)T^3,c T=21.9189+1.1952×10^(-4)T+4.587×10^(-8)T^2+5.463×10^(-11)T^3。室温~1300℃,//a平均热膨胀系数为8.42×10^(-6)℃^(-1),//c平均热膨胀系数为12.54×10^(-6)℃^(-1)。La-O键键长(或键能)的各向异性是La Mg Al_(11)O_(19)晶格热膨胀各向异性的主要原因。