開題報告_圖文312008

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1、沈陽化工大學碩士研究生學位論文開題報告TiC0.6的合成及其電化學性能研究作者：陳軍修專業(yè)：材料科學與工程指導教師：曹大力副教授第一章文獻綜述1.1引言碳化鈦是一種非氧化物陶瓷，它的鍵型是由離子鍵、共價鍵和金屬鍵混合在同一晶體結構中，具有非常顯著的物理化學性能，有高熔點(3067℃)，高硬度(Hv=28GPa)，良好的耐腐蝕性能和導熱性能(從室溫到2100℃熱導率在21到45Wm-1K-1之間)。TiC的三種性能成為了現(xiàn)在重要的研究內容，第一是它的面心立方的晶體結構，第二是它的非化學計量的各種碳化物TiCx，0.5

2、能[1]。TiC的物理性能如表1-1[2]。表1-1TiC的物理性能材料熔點/℃密度/gcm-3硬度(HV)晶體結構熱膨脹系數(shù)/×10-6K-1比熱容/Jg-1K-1熱導率/Wm-1K-1電阻率/×10-6ΩcmTiC30674.93~3000面心立方7.740.79621681.2TiCx的研究進展1.2.1TiCx的結構鈦的碳化物屬于NaCl型的晶體結構。實驗結果證明在非金屬的亞晶格里有大量的空位，然而在金屬的亞晶格中只有單方向的空位。TiCx是一種非化學計量的化合物，其中x可以在0.5~1之間變化，但是仍然保持著碳化鈦的結構，TiCx固溶體

3、的很多性能是與x有關：TiCx(x<1)比飽和的TiC具有更高的金屬活性，與粘結金屬Co和Ni更易發(fā)生化學反應；TiC0.5的熔點比TiC的低近1000℃；TiCx的形成焓隨x的增加而增加；其燒結活化能隨著x增加而減少[3]。幾種非化學計量的碳化物TiCx(0.48

4、是由交替的Ti原子層與C原子層組成的。TiCx(111)方向上的化學鍵主要是離子鍵，從金屬到非金屬有明顯的電荷轉變[6]。圖1-1(a)TiC的晶體結構模型(b)TiC晶體中Ti原子層與C原子層(c)Ti原子與C原子在<111>晶向上的投影(d)Ti原子與C原子在<110>方向上的投影1.2.2Ti-C二元體系相圖圖1-2Ti-C二元系相圖從圖1-2中可以看出，當C含量在0~0.4之間時會生成Ti及鈦的碳化物的混合物；當含C量在0.4~1之間時，都會生成非化學計量的鈦的碳化物；當C含量在1以上時，會生成C和鈦的碳化物的混合物。Ti2C相非常廣泛，

5、在700K時TiC0.42~TiC0.56及在800K時TiC0.40~TiC0.54均為Ti2C相。有序結構的Ti3C2和Ti6C5相有著大致一樣的區(qū)域寬度，在700K時，TiC0.59~TiC0.71均為Ti3C2相。而同樣溫度下，TiC0.74~TiC0.87均為Ti6C5相[7]。HKanW.等[8]運用第一原理計算研究了TiC1-x的相穩(wěn)定性及結構的弛豫性能，他們的研究發(fā)現(xiàn)，在遠離鈦原子的空位中發(fā)現(xiàn)了弛豫的存在，弛豫隨著空位的集中而增加，并且局部的弛豫能夠正確的預測非化學計量的碳化鈦的平衡相的成分。V.T.EM等[9]研究顯示，在TiC

6、0.62中無序的相(Fm3m空間群)的結構中含有兩種含有兩種有序的平衡相：分別為立方晶系(相，F(xiàn)d3m空間群)和三方晶系(相，空間群)。隨著溫度的升高，低溫的三方晶系在1053K時開始轉化成立方晶系相。表1-2列出的是屬于立方B1結構類型的具有有序結構非化學計量的TiCx[7]。有序的非化學計量的碳化鈦原子內部能夠生成有序的C原子的空位，這樣的結構具有許多重要的用途。例如有序結構的TiC0.6具有很好的儲氫性能，Ti3C2及Ti2C是高電容性材料。表1-2有序結構的非化學計量的TiCx物質存在區(qū)域晶格類型空間群晶格參數(shù)(nm)備注(Trans)T

7、i2CTiC0.52-TiC0.71立方晶系a=2a0950~1030KTi2CTiC0.58-TiC0.63三角晶系a=b=c=(a0)/2<900KTi3C2TiC0.64-TiC0.68正交晶系C221a=a0,b=3a0,c=2a0<720KTi2CTiC0.49-TiC0.54立方晶系a=2a0<1000KTi2CTiC0.55-TiC0.59三角晶系a=b=c=(a0)/2<1010KTi3C2TiC0.63-TiC0.67正交晶系C221a=a0,b=3a0,c=2a0<990KTi6C5-六方晶系-a=b=c=(a0)/2=0.5

8、29存在于薄膜狀的結構中c=(4a0)/3=0.996Ti2CTiC0.47-TiC0.54---<950KTi3C2TiC0.62-T