[发明专利]一种Fe、W、C三元相碳化物Fe6W6C及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料合成领域，具体涉及一种Fe、W、C三元相碳化物Fe₆W₆C的制备方法 

背景技术

1964年Walter Kohn，Hohenberg等人提出了密度泛函理论(DFT)为理论基础的第一性原理计算方法，之后DFT成为凝聚态物理领域计算电子结构及其特性最有力的工具。通过DFT计算可以得到各类体系的电子运动状态及相关的微观信息，能合理地解释或预测原子间的键合、分子的结构、化学反应的过程以及物质的性质等。目前DFT计算已在研究固体体相微结构、固-液界面以及表面吸附等的过程中得到了成功应用。特别是近几年来，DFT计算在复合材料界面方面的研究也取得了重要的进展：例如Han和Dai等人通过计算TiB₂(0001)表面和Al(111)/TiB₂（0001）界面的自由能，发现HCP堆垛类型的Ti原子的终止界面稳定性最高，而Ti原子终止界面的结合功经计算也大于B原子终止界面的结合功，这表明随着构建界面的两个表面活性增加，所构建界面的结合功即增大，这一结果为铝基TiB₂涂层以及TiB₂颗粒增强铝基复合材料的制备奠定了理论基础。Siegel等人发现W原子终止的WC表面和Al(111)/WC(0001)界面具有较低的表面能和界面自由能，而C原子的终止界面结合强度高于W原子的终止界面结合强度；随后他们又建立了大量陶瓷相（碳化物、氮化物、氧化物陶瓷等）增强Al基复合材料界面结合能的数据库，发现由非极性表面构建的界面结构具有较小的界面结合强度。Gong等人通过对Ni/Ni₃Al界面掺杂Re、Ru、Cr、Co、Mo、W、Ta等元素的热力学、力学性质的密度泛函理论计算，系统阐述了Ni基超合金Ni/Ni₃Al界面与不同掺杂元素间的作用机理。王绍青等人认为：以非金属原子作为陶瓷材料的结合表面，有利于实现金属与陶瓷材料间的高强度结合，如对于Al/TiN 界面，可提高结合强度11%左右，此外他们经计算提出通过调节气相沉积过程中的氮气偏压可以实现对Al/TiN界面原子结构的有效控制。 

Fe₆W₆C属于过渡族金属碳化物M₆W₆C，这是一类具有高硬度、高熔点及优良导热性的η型化合物。使用密度泛函理论计算研究物质结构和本征性质时，仅需要了解物质的晶体结构，便可以计算得到电子结构，热力学参数等多种基本性质，对于难于制备的材料的研究具有重大的价值。我们将使用DFT为基础的第一性原理计算Fe₆W₆C的体相。 

在材料加工领域内，球磨是通过磨球的冲击作用以及磨球与球磨内壁的研磨作用而粉碎、混合物料的过程。机械合金化则是通过高能球磨使粉末经反复的变形、冷焊、破碎，从而实现合金化的一个复杂物理化学过程。通过机械合金化，能够极大的提高固体的反应特性以及粉末混合的均匀性，并显著降低反应温度，因此可用于制备Fe₆W₆C三元碳化物。 

目前，对于三元碳化物，用机械合金化（MA）技术是制备此种新型高性能材料的重要途径之一。采用MA工艺制备的材料具有均匀细小的显微组织和弥散的强化相，力学性能往往优于传统工艺制备的同类材料。机械合金化（Mechanical Allo_ying，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。 

机械合金化粉末并非像金属或合金熔铸后形成的合金材料那样，各组元之间充分达到原子间结合，形成均匀的固溶体或化合物。在大多数情况下，在有限的球磨时间内仅仅使各组元在那些相接触的点、线和面上达到或趋近原子级距离，并且最终得到的只是各组元分布十分均匀的混合物或复合物。当球磨时间非常长时，在某些体系中也可通过固态扩散，使各组元达到原子间结合而形成合金或化合物。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种Fe、W、C三元相碳化物Fe₆W₆C及其制备方法。 

为达到上述目的，本发明采用的制备方法如下： 

1）取还原铁粉、W粉、纳米碳粉按还原铁粉：W粉：纳米碳粉=（4～6）:（4～6）：（1～2）的化学原子计量比配制成Fe-W-C混合粉末；