baf2、caf2共晶的熔点规定

2/2baf2、caf2共晶的熔点摘要：关于BaF2和CaF2共晶的熔点，由于这两种化合物具有相似的结构，因此它们的熔点也相近。BaF2的熔点为1368℃，而CaF2的熔点为1318℃。当这两种化合物形成共晶时，熔点可能会略有降低，但差异不大。需要注意的是，这里的熔点数据仅供参考，实际应用中可能因制备条件、样品纯度等因素而有所不同。BaF2和CaF2共晶的XRD谱图表现为峰的位置有所偏差，但如果没有生成新的相，则XRD谱图可能会出现肩峰。这是因为CaF2和BaF2的结构相似，但在XRD图中，它们的峰位置略有不同。在实际应用中，BaF2和CaF2共晶常被应用于激光、红外光学、紫外光学和高能探测器等领域，由于其高抗冲击和热冲击性能，以及对紫外、可见光、红外波段的透过率良好，具有广泛的应用前景。塑料变形是决定固体润滑剂润滑价值的一个重要因素。目前关于这方面信息较少，直接测量困难，因此通过硬度（这是该属性的一种间接衡量方式）来确定氟化物固体润滑剂复合材料的性能。研究内容：测量了BaF2和CaF2单晶在真空中的维氏硬度，温度范围为25至670℃。BaF2晶体取向接近（013）平面，CaF2晶体取向距离（111）平面约16*。BaF2在25℃时硬度为83kg/mm2，在600℃时为9kg/mm2；CaF2在25℃时硬度为170kg/mm2，在670℃时为13kg/mm2。在25至1000℃的温度范围内，硬度下降迅速，两种材料各降低了40%。制作了BaF2和CaF2在常温空气中的铂crucible中，BaF2质量分数为50至100%的共晶熔体。这些多元晶体复合材料在25℃时的维氏硬度随着CaF2含量的增加而增加，达到共晶附近最大值150kg/mm2。多晶CaF2相比单晶表面软15%，BaF2比单晶表面硬30%。这些熔体的微观结构为圆形的CaF2晶粒，分布在细小的BaF2基质中。发现BaF2中存在少量（未确定）的CaF2固溶物。在氮气气氛中，用62wt%BaF2-38wt%CaF2的熔体制作了一个镍crucible。该熔体在氮气气氛中的硬度比在空气中制作的相同成分的熔体硬30%。估计在当前试验条件下，CaF2和BaF2的脆性向韧性转变温度小于100℃。引言：当前技术领域对在宽温度范围内性能满意的固体润滑系统有很大需求。例如，为实现高效发动机（如双原子发动机和先进涡轮机械）的高温润滑重大进展，固体润滑材料在所述温度范围内具有热稳定性和化学稳定性（非反应性）。其他例子包括先进斯特林发动机和许多航空航天机制。预计这些应用中的关键接触点的最大温度为600至1000℃。在所述温度下热稳定且化学稳定的固体润滑材料包括某些软氧化物、玻璃釉、碱土金属氟化物和软贵金属（如金和银）。这些物质的润滑机制首先需要它们附着在润滑表面，同时它们需要表现出很高的塑性，以便在滑动接触中流动而不是断裂。简言之，固体润滑剂必须是一种具有低剪切方向的屈服强度的可塑材料。对于塑性材料，屈服强度与压入硬度除以3成正比。对于离子晶体，屈服强度与硬度除以35成正比。因此，高温硬度测量对于了解温度对候选固体润滑材料塑性流动特性的影响具有很大的意义。如果材料在低温下易碎，但在较高温度下经历脆性到韧性的转变，那么高温硬度测量有助于确定转变温度。许多材料中的脆性到韧性转变温度是应变率依赖的。CaF2和BaF2单晶的机械性能已经被研究过，以了解氟化物型离子固体的性质。压缩、拉伸和弯曲研究为脆性到韧性转变温度及其应变率依赖性的塑性提供了非常有限的信息。Parker报告称，CaF2在室温下表现出良好的塑性。Philips研究了CaF2的变形和断裂，发现在低于400°C的温度下，在6x10-2/min的应变率下，CaF2表现出良好的塑性。Burn在三点弯曲试验中发现了CaF2在175°C下的可塑性。如果在屈服后维持恒定负载，CaF2的塑性会变得更好。Liu发现在小于175°C的温度下，BaF2表现出良好的塑性。这些信息表明，这些氟化物的脆性到韧性转变温度非常应变率敏感。这意味着在特定温度下，这些材料的硬度将取决于硬度测试的应变率。已知含有化学稳定的CaF2和BaF2的涂层在约400至1000°C的温度下具有润滑性能，但在低温下不具有润滑性能。这种高温润滑性能的提高可以归因于：（a）温度的软化效果；（b）在脆性到韧性转变温度以上，塑性的出现。硬度随温度的变化规律有助于解释这种行为。为了改进含氟化物的涂层在低温下的摩擦性能，可以在涂层组成中添加少量如银等软金属。因此，本文的范围不仅包括CaF2、BaF2及其二元化合物的硬度数据，还包括了银的参考硬度数。从25到670℃，对单晶CaF2和BaF2进行了维氏硬度测量。此外，还制备并测量了多晶CaF2、BaF2和二元化合物的硬度，这些化合物的组成范围为50至90wt%BaF2。这些数据涵盖了当前固体润滑研究的重点区域。实验部分硬度测量高温硬度测量使用配备有真空室和抽气系统、独立的压头和样品炉、可调节温度设定点的控制器、光学显微镜、压痕测量系统和自动压痕机制的商业测试机器进行。使用的是维氏金字塔钻石压头。钻石通过机械嵌入高温钽合金夹头中。这个夹头可以通过螺纹连接到加载机构。夹头还包含一个热电偶，用于测量和控制压头温度。进行典型测量的方式如下：首先将5×5×10毫米的试样安装在样品炉中，将压头安装在另一个炉子中。将炉子抽真空至8×10-5至1×10-4托的压强。然后将炉子和压头加热至设定的最高温度。当达到并控制这个温度10到15分钟后，进行一系列五个或更多次的压痕，并测量对角线。每次降低设定温度，当控制稳定5到10分钟后，再进行另一组压痕。每组压痕的对角线测量值用于确定硬度，并计算所有测量结果的平均硬度，以kg/mm2为单位报告。每个硬度组的偏差进行计算。压头的温度始终保持在试样温度±55°C范围内，以尽量减少压头温度对试样温度的影响。使用0.5毫米/秒的压头行程速度、10秒的保持时间和50克（0.5牛顿）的负载。室温下对多晶熔体组成的硬度测量使用一台只能在大气压下进行室温硬度测量的不同商业机器。使用50克（0.5牛顿）的负载的维氏压头。加载速率和保持时间不可控，且其值未知。进行五组或更多次的压痕，并从测量的对角线确定硬度。对硬度组进行偏差计算。发现同一试样在高温机器上测量的室温硬度与这台机器上的测量结果非常一致。例如，BaF2单晶在高温机器上的硬度为82±3，而在室温机器上为79+1。类似地，CaF2的硬度分别为169±4和169±3。单晶材料从商业来源获取了CaF2和BaF2的单晶，它们以随机的碎片形式存在，有许多抛光的表面。主要杂质为Mg、Na、Si和Fe，总含量<0.1wt%。晶体切割成5×5×10毫米的条，保留抛光的表面。这些条没有进行进一步的机械、热或化学处理。抛光面的晶体取向通过标准的劳厄反射X射线衍射和数据减少方法确定。抛光面的法线在标准的（001）投影中显示在单位立体三角形的顶点上。对于CaF2，抛光硬度面的取向偏离（111）平面约16度。实验部分单晶材料CaF2和BaF2的单晶碎片都具有多个抛光的表面。CaF2的晶体取向偏离（111）平面约16度，而BaF2的晶体取向接近（013）平面。这两种材料都具有氟化物立方晶体结构：CaF2的晶格参数为5.46埃，BaF2的晶格参数为6.20。多晶材料所有熔体的CaF2和BaF2起始材料均为试剂级粉末。对起始材料和熔体进行的5光谱分析显示，杂质为Fe、Mg、Na和Si，总含量在每种情况下都<0.15wt%。在氮气气氛下（N2/N7N2）用镍坩埚熔化制作的熔体N1含量<10ppm。多晶硬度试样CaF2-BaF2二元系统通过在铂坩埚中熔化试剂级材料制备。加热程序。将坩埚放入800至850℃的炉子中，升高温度至熔点或液相点，并在高达熔点或液相点温度20至30°C的范围内保持30至40分钟。关掉炉子电源，熔体炉冷至700至750℃，然后取出并在空气中冷却至室温。前10至15分钟的平均炉冷速率为10至15°C/分钟。固化的熔体机械地从坩埚中取出，尺寸各异。一块固化的熔体在塑料安装材料上装片，并进行金刚石抛光，但未进行蚀刻。在抛光面上进行硬度测量。还利用光学显微镜和扫描电子显微镜（SEM）以及能量色散X射线（EDX）技术研究了该抛光面。在进行SEM检查之前，在试样表面喷涂了约100埃厚的溅射金涂层，以最小化充电。结果与讨论单晶CaF2和BaF2在25至670℃的硬度数据，以及多晶硬度数据，这些数据来源于。氟化物材料的硬度测试面的取向。两种氟化物材料在低温下硬度迅速降低。从25至100℃，硬度损失40％。在600℃时，硬度分别为10左右，与银在相同温度下的硬度相当。对于CaF2，在接近400℃时硬度变化开始进入第二个快速阶段。包含了提供的CaF2在（111）平面上的硬度数据，以便参考。这些测量使用Knoop压头进行，值比本研究的结果高10至20％，且在25至100℃范围内表现出较小的温度依赖性。CaF2的硬度各向异性。采用不同的取向，因此预期得到不同的硬度值。单晶CaF2在22和250℃下的硬度数据与时间关系的曲线，来源于。这些信息表明，尤其是在最初100秒内，存在大量的压痕蠕变。这种蠕变产生了随时间变化的硬度值。例如，在22℃时，30秒时的硬度为165kg/mm2，100秒时的硬度为148。在不同温度下制作的Vicker压痕的显微照片。这些照片是在室温下拍摄的。对于CaF2，在85℃以下的温度制作的压痕周围有裂纹，而在这个温度以上则没有。此外，压痕在一边略短。这是由于硬度各向异性的原因。BaF2的压痕显示出在94℃以上的温度，沿着压痕边缘有滑面台阶。这是由于在压痕下方产生的塑性区的滑移。在CaF2的压痕中没有这种特征。这些观察结果表明，这两种氟化物都具有小于100℃的脆性到韧性转变温度。脆性到韧性转变已知从有限的机械性能测量结果中得知，CaF2和BaF2的脆性到韧性转变温度对应变率敏感。两个CaF2值用半对数坐标绘制，并用直线连接。并画了一条直线通过Baf2点，使其与CaF2线平行。这表明CaF2和Baf2的脆性到韧性转变温度随应变率降低而迅速降低。用线性坐标制作的。清楚地展示了脆性到韧性转变温度与应变率之间的关系。如果硬度测试产生的应变率较低，那么CaF2的转变温度会接近400℃，而Baf2的转变温度接近300℃。这与本文估计的脆性到韧性转变温度小于100℃是一致的。这些材料脆性到韧性转变温度受应变率影响较大，这可能会显著影响它们在固体润滑中的温度范围。韧性状态提供了更好的润滑。因此，为了在低温下获得最佳的润滑效果，需要在启动或低速滑动操作时采用非常低的应变率。这是一个值得进一步研究和分析的有趣领域。在滑动摩擦和磨损试验中，已经观察到这些氟化物的润滑温度大于400℃。这表明与硬度测试相比，滑动摩擦和磨损试验中的应变率较高。多晶熔体当氟化物用作固体润滑剂时，它们不是单晶体，而是多晶体固体。因此，获得了关于熔化形成的多晶体固体硬度的信息。展示了在室温下，不同温度下多晶体熔体的Vicker硬度。给出了一个初步且不完整的三相图，供参考。在一个约62wt%BaF2的伪二相图中，有一个约在70wt%的共晶。该共晶温度为1050℃，过共晶温度为1070℃。在BaF2富集侧，当CaF2含量增加时，硬度迅速增加到约40wt%CaF2。超过这个CaF2含量的组成，硬度变化不大。在N2/N2中制备的62wt%BaF2熔体比在Pt/air中熔化相似组成的熔体硬度高出约30％。此外，多晶体BaF2比单晶体硬度高30％，而CaF2熔体比单晶体软15％。这种差异可以归因于单晶体的各向异性以及多晶体材料的硬度是随机取向的晶粒的平均值，可能还有晶界效应的贡献。展示了二元熔体的微观结构。直到过共晶组成62wt%BaF2的熔体显示出大而圆的颗粒，在一个细小的基质中。在70wt%BaF2的共晶组成处有一个细的层状相。对于BaF2含量超过共晶的熔体，存在许多小而圆的颗粒。使用EDX技术对微观结构的组成进行了鉴定。对于60wt%BaF2-40wt%CaF2组成的EDX检查结果。大而暗的圆形颗粒主要是CaF2，基质主要是BaF2。这表明在冷却熔体时，CaF2以圆形颗粒的形式沉淀在BaF2的基质中。EDX检查结果还表明，在Ni/N2中熔化的62wt%和80wt%BaF2组成的成分中，暗圆形颗粒是CaF2，基质是BaF2。有趣的是，在50、60和62wt%BaF2组成的较大暗圆形颗粒硬度与表面上的任何其他区域的硬度都在5％以内。为了确定存在的组分及其晶格常数，对熔体和起始材料进行了X射线衍射（XRo）检查。从晶格常数可以确定固体溶液的存在。结果如表1所示，并绘制在。晶格参数通过使用余弦2θ的cot外推函数来确定。此过程减少了测量中的系统误差。在熔化前后，BaF2的晶格参数值接近且与AS1M卡号4-0452一致。熔化前后CaF2的晶格参数均大于ASTM卡号4-08644的值。在熔化的CaF2中发现了少量的CaO。所有二元熔体中都检测到CaF2。但是，它们的衍射图谱不清晰，不强烈。由于需要良好外推的高角度线不存在或即使存在也不清晰，因此无法从这些图案中确定CaF2的晶格参数。可以推测，这些图案质量差可能是由于无定形或晶粒未发育完全的CaF2所致。在高Baf2含量的组成中，这可能是由于CaF2的浓度较低。N1/N2条件下制备的62wt％BaF2-38wt％CaF2组成的BaF2的晶格参数远小于在Pt/air条件下制备的类似组成的BaF2的晶格参数。