硅钡合金

文章摘要： 机械合金化（Mechanical Alloying，简称MA）是指金属或合金粉末在高能球磨机中通过粉末颗粒与磨球之间长时间激烈地冲击、碰撞，使粉末颗粒反复产生冷焊、断裂，导致粉末颗粒中原子扩散，从而获得合金化粉末的一种粉末制备技术。本文以硅锗合金和碲化铋半导体材料合金化制备实验为例，介绍了高能球磨仪Emax的使用方法和技术优势，对合金样品制备的应用有借鉴作用。 传统方法制备不锈钢类合金要求高温下进行熔融，如果需求量很小抑或无法熔融，机械合金法就是一个很好的替代方法，传统上会用行星式球磨仪来完成。上世纪60年代末，美国国际镍公司用机械合金法第一次制备成功耐高温镍铁合金并以此申请专利。机械合金研磨需要有强劲的动能把固体粉末结合在一起，行星式球磨仪产生的高能撞击可以提供所需能量。在研磨球的撞击和挤压下，细粉颗粒会发生塑性形变并且焊合在一起。所以机械合金法可以弥补传统高温熔融无法制备的样品的不足，并且可以制备更大自由度混合比的样品。热电合金材料硅（Si）和锗（Ge）都是最通用常见半导体材料—是光电电池和晶体管产业的基石。硅锗合金材料性质如带隙可以由改变硅和锗混合比例来调整。热电合金材料用于制造航天热偶发电机，保证了空间探索和试验设备的动力供应。在商用热电材料领域，碲化铋（Bi2Te3）因其热电效能转化率高，是研究最多的材料，被用来做半导体制冷元件。 高能球磨仪EmaxEmax的转速能达到每分钟2000转，特殊设计的跑道型研磨罐可以产出更大的粉碎能。结合了高速撞击力和密集摩擦力，高能球磨仪的强劲能量输入可以做快速纳米研磨实验和机械合金应用。跑道型的研磨罐和偏心轮运动方式，有效保证了样品的混合，样品最后不仅可以磨得很细，粒度分布范围也会变很窄。内置水冷管路可以快速带走样品子啊研磨中产生的热量，保护样品免受过高温度影响，从而可以不像行星式球磨仪一样需要间歇停转，大大提高研磨工作效率。如果有更严格的控温需要，Emax还可以外接冷水机，进一步降低研磨温度（最低工作温度不能低于5摄氏度）。 图1：研磨前样品XRD 分析结果 Si（红）Ge（绿）整个扫描范围从10-60°，可以看出Si和Ge晶面特征峰。图2：研磨5小时后XRD分析结果 可以看出晶面特征峰已经偏移和合并，机械合金化已有效果图3:研磨5,8,9小时后XRD分析结果 晶面特征峰值会有所变窄和迁移，显示5-6小时的反应后机械合金反应已经基本完成原来硅和锗的机械合金化反应用是用行星式球磨仪进行的，但是会有很多问题导致结果不尽如人意。行星式球磨仪需要至少80分钟才能把样品处理到可以进行机械合金化的初始细度，接下来即使用中低转速400转/分也会导致样品在研磨罐中结块，无法使用其全部能量来进行机械合金反应。另一个问题是研磨罐过热需要间歇，在整个13小时的反应时间中需要额外加入至少90分钟停止时间。而高能球磨仪Emax自带水冷功能，高速运行也无需间歇，没有样品结块的现象，同时还大大提高了反应效率。 图4： 图 5：Bi和Te机械合金反应 1小时后XRD分析结果 图4为球料比10:1 （体积比）图5为球料比5:1（体积比） 机械合金法制备硅锗合金硅锗合金比为SI 3.63克 Ge2.36克，用50ml碳化钨研磨罐，10mm碳化钨研磨球8个（球料比10:1）。硅料和锗料的原始尺寸为1-25mm和4mm。2000转/分20分钟后，样品已经微粉化无结块现象。接下来1200转/分 9个小时（每隔1小时中间间歇1分钟后反转样品以避免样品结块）。机械合金反应前20分钟样品做了XRD定性和定量分析，Si和Ge的特征峰值都可以很清晰地辨认出来，说明碳化钨球几乎没有产生摩擦效应。在整个反应过程中合金始终保持微粉化，Emax的温度没有超过30℃。经过9个小时的反应后，整个样品基本消除了不定形态，呈微晶状态。机械合金法制备碲化铋研究不同球料比（10:1或5:1）对反应的影响，50ml 不锈钢研磨罐， 10mm不锈钢研磨球 10个。 球料比10:1的罐子中加入2.09克Bi和1.91克Te。 球料比5:1的罐子中加入4.18克Bi和3.83克Te。800转/分 70分钟（每10分钟间歇1分钟并反转），结果做了XRD分析。在经过近1小时机械合金研磨，Bi和Te的特征峰都有明显可辨的偏移，显示化合物Bi2Te3开始形成。球料比10:1的样品形成速度比5:1的更快，因为5：1样品中Te的特征峰值强度更大，说明10:1样品中的Te反应地更多。合金反应继续1200转/分3小时后，没有样品结块。和原来用混合研磨仪1200转/分 6.5小时制备相比，高能球磨仪Emax只需要2-3个小时候就能轻松完成任务。

6克多的金币只要一千元出头?在黄金价格接近站上300元/克的今天，很多人会对此心动，但这样“天上掉馅饼”的好事最好不要信，因为很可能会上当受骗。 　　日前，杭州有位消费者拿着从北京某商家买来的“××银行熊猫加字金币”到浙江省黄金珠宝饰品质量检验中心检测。表面上看，这套金币冠以某银行发行的名头，还配有全套的鉴定收藏证书，不像赝品。不过，检测人员仔细观察就发现该“金币”与同体积的金币相比质量偏轻，表面颜色不均匀，随后对其成色进行了检测，检测结果显示该“金币”的基底材料为铜锌合金。省黄金珠宝饰品质量检验中心的小方说：“就是表面含有微量的金。” 　　铜锌合金冒充黄金是惯用诈骗手法 　　小方说，像这样以铜锌合金冒充黄金进行的诈骗，近期碰到了好几起，包括打着奥运概念的金制鸟巢，还有一些仿制的世博纪念币、亚运纪念币等。经检测后发现，用的材料普遍是铜锌合金。 　　选铜锌合金，是因为其颜色和黄金比较像，不过铜锌合金的密度比黄金小，与同样大小的黄金相比，重量明显偏轻，所以不法分子常会加些比重较大的金属在里面，再对其表面进行处理，这样以假乱真的“金币”就制成了。普通消费者很难区分，但这种“金币”时间久了，表面涂层就会脱落。 　　为了让“金币”看上去更正规，一些骗子还会给产品附上所谓的“权威鉴定书”，以证明“货真价实”。这种“鉴定书”仔细看，也能看出问题所在，比如骑缝章根本对不齐，没有检测单位的地址、联系方式等。 　　铜锌合金的价格与黄金相比可谓是天壤之别。百度一下，今年8月26日国产铜锌合金的报价为每吨58000-59000元，折算成每克仅0.058-0.059元，而当天黄金价格为264元/克，是铜锌合金价格的4552倍。 　　鉴别铜锌合金并不难 　　金银成色和真假的鉴定方法有两种：一种是用X射线荧光光谱仪分析，这种检测对检验产品不会造成损害，称为无损检测 另一种是用化学法分析，被检测的样品会被破坏，比如一个金镯子，检验人员会从镯子的不同部位取样进行混合熔解，分别制成多份样品溶液与标准金溶液进行对比，从而得出检测结果，这种检测称为有损检测。 　　对于那些铜锌合金的“黄金饰品”，只要用无损检测就可以让它们露出其本来面目。 　　不过，无损检测也有它一定的局限性。省黄金珠宝饰品质量检验中心主任陶金波说，用于无损检测的光谱仪，对不同材质的穿透力不一样，不同功率的光谱仪穿透能力也不一样，一般能透过的厚度为几微米到十几微米，如果表面镀层很厚，检测结果的准确度就会受到局限。 　　浙江一家典当行曾收进一串金佛珠，仪器检测该金佛珠的含量为99%以上，后来破坏后发现，原来是“金包银”。检测工作人员介绍说，要区分“金包银”也不难，由于银的密度比金小很多，为了达到与黄金一样的重量，这类“金饰品”都会做得很厚实，消费者看到类似的“金饰品”就要引起注意了。

镁及其合金材料，由于其基体硬度较低，延展性强，而沉淀相相对硬度又较高，因此，在金相样品制备过程中，样品是很难制备的。主要表现在浮凸现象较为突出。解决这个问题，一般的方法是适当减少抛光时间，或者抛光时用金刚石抛光膏替代抛光液。我们实验室，除了采用以上两种方法外，同时使用美国进口ChemoCloth金相抛光布配合抛光剂进行精细抛光，这种方法很有效。可脉检测工程师的建议我们，在镁及其合金样品的制备时，精细抛光步骤使用美国QMAXIS的ChemoCloth 抛光布，浮凸问题轻松可以解决。来自美国QMAXIS的这款ChemoCloth金相抛光布，使用耐化学腐蚀合成织物制成，无绒的表面，适用于配合1µm及以下的Al2O3、SiO2 抛光液，对钛、镁及其合金、不锈钢、铅 / 锡焊料、电子封装、软的有色金属和塑料等类材料的精细抛光。这款金相抛光布，对于我们制备镁合金样品非常适用。其多孔的纤维结构能更好地Hold住研磨介质颗粒，良好的耐化学腐蚀性，以及软硬适度的特性。这些特性使磨料可深入到织物内部，虽然抛光时去除率小了一些，但能有效避免浮凸现象产生，进而达到样品制备的技术要求。 除此之外，ChemoCloth 金相抛光布，非常耐腐蚀，一点也不会出现掉毛，掉色，和卷边的现象。使用了很久，除了表面自然磨耗外，没有给所制备的样品表面带来污染和二次损伤的现象，它比普通金相抛光布要耐用很多，使用寿命长的特点也很突出。解决镁合金样品制备的浮凸问题，用这种金相抛光布的确很有效！了解更多详情，随时联系可脉检测的金相工程师，会获得更专业的帮助。