介绍需要新的高温材料来提高热循环如燃气轮机发动亚博网站下载机的能量转换效率。用氧化物陶瓷和金属组成的功能渐变材料（称亚博网站下载为FGMS）和纳米复合材料，作为下一代高温材料，得到了注意力。由于在高温下氧气可以通过氧化物基体，分散的金属颗粒在基体中被氧化。yabo214金属分散体由于氧化而膨胀，并在基质中产生应力。最后复合材料断裂。为了在高温下涂抹FGM和纳米复合材料，氧化/耐腐蚀性非常重要。 nanko等人。[1]报道了具有Ni颗粒分散体（Ni / PSZ）的部分稳定的氧化锆（PSZ）复合材料的高温氧化。由于Ni分散体的氧化，裂解PSZ基质。裂纹区与氧化时间成正比。铝的高温氧化2O.3.具有Ni粒子分散体的基质复合材料（Ni / Al2O.3.)也有报道[2,3]。nanko等人。[2]描述以来2O.3.具有优异的机械性能和离子的低扩散性，Al2O.3.以金属Ni颗粒(Ni/Al)分散的复合材料yabo2142O.3.)具有比Ni/PSZ更高的抗氧化性能。Ni/Al氧化层2O.3.由阿尔2O.3.矩阵和Nial.2O.4.作为氧化产物。氧化区的生长遵循抛物线法，这意味着氧化层中的质量传输是速率控制的。氧化区没有开裂，但有孔洞，这是由于镍氧化过程中阳离子向外扩散而形成的。Wang et al.[3]报道了Ni/ al的氧化2O.3.在1000至1300ºC的温度下。他们研究了用更精细的Ni的复合材料的氧化行为颗yabo214粒（2-5µ10 .答案为bµm)[2]。氧化行为遵守抛物线法律。随着Ni体积分数的增加，氧化率增加。 为了了解分散用金属颗粒分散的氧化物复合材料的氧化，应讨论基质的扩散性质。yabo214由于PSZ是典型的氧化物离子导体，因此Ni / PSZ通过向内氧扩散氧化。Ni / Al的氧化2O.3.由于向内扩散氧化物离子和阳离子向外扩散而发生。 氧化镁具有比氧化离子更快的阳离子扩散系数。本文研究了含Ni颗粒分散的镁基复合材料(简称Ni/MgO)的高温氧化，以了解金属分散氧化物的氧化行为，这种氧化物具有比氧化物离子更快的阳离子扩散速度。 实验制备样品商业MgO粉末（平均粒径：0.5μm，纯度：99.99％），用砂浆将乙醇混合5体粉末（平均粒径：10μm，纯度：99％），用砂浆混合30分钟。干燥后，通过在1350℃的脉冲电流压力烧结技术在29MPa的模具温度下在29MPa下在真空中保持30分钟的脉冲电流压力烧结技术。烧结样品达到了至少99％的理论值的密度。试样表面先用1500 sic砂纸磨细，再用4 μm金刚石浆抛光。 氧化的样品将样品置于直径3 mm的氧化铝球上，在1200和1300˚C的空气中氧化。氧化实验中的加热速率为400 k / h。通过X射线衍射（XRD）进行样品的相位鉴定。采用扫描电子显微镜(SEM)和电子探针分析(EPMA)观察样品的微观结构。氧化区的厚度被确定为在10个不同区域中测量的值的平均值。 结果与讨论图1为(a)烧结样品和(b) 1300℃氧化1天样品的XRD谱图。烧结试样由MgO和Ni组成。氧化后，XRD图案中Ni的峰消失。这一事实是指NGE颗粒在MgO基质中的氧化反应形成固溶体，如下：yabo214 
（1）
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图1所示。Ni / MgO样品表面的XRD图案。(a)烧结试样，(b) 1300氧化试样˚C一天。 |
根据二元相图[4]，NiO-MgO体系呈现完全的固溶体。 图2显示了在1300℃氧化1天的样品的SEM照片。在深度为70 μm的区域内没有镍颗yabo214粒。分散在Myabo214gO基质中的Ni颗粒在该区域中完全氧化。完全氧化区以下的区域包括部分氧化的Ni颗粒。yabo214复合材料不因分散的Ni颗粒氧化而断裂。yabo214在氧化区观察到空隙，与Ni / Al类似2O.3.[2]。这些空隙是由于高温氧化过程中阳离子向外扩散而形成的。在本研究中，氧化区深度定义为从自由表面到观察到部分氧化镍颗粒位置的距离。yabo214
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图2。Ni/MgO在1300˚C氧化1天后的横截面图。 |
图3显示了在1300℃下氧化1天的样品的EPMA结果。在氧化区中，即使在自由表面周围，Ni和Mg的分布也不是均匀的。
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图3。Ni/MgO在1300℃空气中氧化1天的EPMA结果。BEI是指反散射电子成像。 |
这意味着在高温氧化期间，未完成氧化区中的Mg和Ni的掺入氧化区和Ni的互连以形成均匀的（Mg，Ni）固溶体。通过增加氧化时间，表面附近的氧化区应该是均匀的。 图4表示氧化区的深度，x，作为氧化时间的函数，t研究了Ni/MgO在高温下的高温氧化。生长速率随氧化时间的增加而降低。氧化区的生长遵循抛物线法： 
（2）
在哪里kp是抛物线速率常数。如图2所示，由于氧化区是致密的，通过氧化区的质量传输是氧化区生长过程的主导。
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图4。氧化带深度，x，作为时间的函数，t研究了Ni/MgO的高温氧化。 |
图5为Ni/MgO和Ni/Al的抛物线速率常数比较2O.3.。在低于1600k的温度下kpNi / MgO的低于Ni / Al2O.3.报告以前[2]。表观活化能为139 kJ.mol-1。Freeer [5]列出了许多氧化物的扩散系数的报告的数据。Mg和Ni扩散的表观活化能量的值范围为150至350 kJ.mol-1对于250至400 kJ.mol的o-1。其中，Mg在MgO中的外扩散系数为151 kJ.mol-1并且对于ni，它是154 kj.mol-1在MgO。它们的阳离子扩散活化能与本文报道的Ni/MgO高温氧化的活化能一致。Ni / MgO氧化的主要过程是通过氧化（Mg，Ni）O区的阳离子的扩散。
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图5。抛物率恒定和高温氧化Ni / MgO的温度依赖性。 |
氧化区中NiO的平均摩尔分数可以从5体积％Ni计算为8摩尔％。通过在MgO中掺杂NiO，可以使空穴浓度增加如下: 
（3)
氧化区生长的扩散过程应由Mg或Ni扩散支配，并通过空穴传导以电子补偿。 图6给出了Ni/MgO氧化区生长机理的推测。Mg或Ni的阳离子朝向外部漫射。金属Ni颗粒在界面处被Mgyabo214O基体分解生成的氧化离子氧化。该反应的每Ni粒子的特异性体积变化，δ.V./V.倪，计算公式为: 
（4）
在哪里n倪是Ni和的摩尔量v我是物种I的摩尔体积。当氧化1摩尔的Ni以形成1摩尔的NiO时，必须分解1摩尔的MgO。的价值δ.V./V.倪等于-1.1，即具有几乎相同的Ni颗粒的空隙。如图2所示，在氧化区观察到大的孔洞，其大小几乎相同的弥散Ni颗粒。这与体积变化的计算结果是一致的。
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图6。升高温度下Ni / MgO的氧化区生长机制。 |
结论研究了含5 vol% Ni颗粒弥散的镁基复合材料在高温空气中的氧化行为。氧化区为(Mg,Ni)O固溶体。氧化区的生长遵循抛物线规律，即氧化区的质量输运受速率控制。抛物速率常数的表观活化能与MgO中阳离子的外在扩散系数的表观活化能相一致。由于阳离子在高温氧化过程中向外扩散，氧化区中的空隙形式。 确认作者希望对Saneyoshi奖学金基金会表示感谢，以部分支持目前的工作。 参考文献1。M.南子，M.吉村和T.丸山，"高温氧化y2O.3.部分稳定的Zro2用Ni粒子分散的复合材料yabo214“，板牙。反式.，44(2003) 736 - 742。 2。M. Nanko，T. Nguyen Dang，K. Matsumaru和K. Ishizaki，“铝的高温氧化2O.3.- 基于Ni粒子分散体的复合材料“，J. Ceram Proc。res..，3.(2002) 132 - 135。 3.王廷春，陈瑞志，段伟华，“Ni-Toughened Al的抗氧化性2O.3.“，J.欧元。陶瓷。SOC..，23.（2003）927-934。 4.E. M. Levin, C. R. Robbins和H. F. McMurdie，陶艺家的相图，美国陶瓷学会，OH, p110(1979)。 5.R. Freeer，“氧化物的书目，自扩散和杂质扩散”，j .板牙。Sci.，15.（1980）803-824。 详细联系方式 |