摘 要

该论文展现了在传统低熔点合金上添加氧化钐纳米颗粒形成的复合合金的微观结构和导热系数。被纳米氧化钐颗粒重新加强的Sn-Bi-Zn合金是利用水溶性助溶剂将纳米尺寸的氧化钐粉末和Sn-Bi-Zn粉末彻底混合制得的。混合的合金膏体由放在电热板上的坩埚加热融化进而重新凝固，并维持在恒温。电子探针显微镜观察表明，添加了质量分数为0.3%的纳米氧化钐颗粒的Sn-Bi-Zn复合合金有第二相粒子的出现。同时，复合合金的比热容和导热系数都较基体合金有所提高。综上所述，加入纳米颗粒的复合合金的热物性有所改善。

关键词：低熔点合金；纳米氧化钐；复合合金；热物性能

Abstract

This paper presents the microstructure and thermal conductivity of composite alloys formed by the addition of samarium oxide nanoparticles on conventional low melting alloys. Sn-Bi-Zn alloy reinforced with nano-samarium oxide particles was prepared by thoroughly mixing nano-sized samarium oxide powder and Sn-Bi-Zn powder with a water-soluble cosolvent. The mixed alloy paste is melted by heating the crucible placed on the hot plate and re-solidified and maintained at a constant temperature. Electron probe microscopy showed that Sn-Bi-Zn composite alloys with nano-samarium oxide particles with a mass fraction of 0.3% had the appearance of second-phase particles. At the same time, the specific heat capacity and thermal conductivity of the composite alloy are higher than that of the matrix alloy. In summary, the addition of nano-particles of the composite alloy has improved the thermal properties.

Key words: low melting point alloy; nano-samarium oxide; composite alloy; thermal properties

目录

第1章 绪论 1

1.1前言 1

1.2研究背景 1

1.3研究现状 2

1.3.1国外研究现状 2

1.3.2国内研究现状 3

1.4研究意义 3

1.5研究目的及内容 4

1.5.1研究目的 4

1.5.2研究内容 4

第2章 试样制备及测试方法 5

2.1制备 5

2.1.1原材料及实验设备 5

2.1.2合金制备 5

2.2物相及微观结构 6

2.2.1 X射线衍射相分析 7

2.2.2 X射线荧光光谱分析 7

2.2.3电子探针显微分析 8

2.3热物性表征 8

2.3.1差示扫描量热分析（DSC） 8

2.3.2激光导热仪 9

2.3.3质量密度测试 9

2.4本章小结 10

第3章 结果与讨论 11

3.1合金物相与微观形貌 11

3.2热物性分析 12

3.2.1 相变温度与相变焓 12

3.2.2密度和热膨胀系数 13

3.2.3比热容和热扩散系数 14

3.2.4导热系数 16

第4章 结论与展望 17

参考文献 18

致谢 20

第1章 绪论

1.1前言

从古至今，能源与我们的生活都是息息相关、休戚与共的关系。能源的发展也是人类社会发展参照的一个重要标准。在发展能源的同时，能源的种类以及技术开采问题也是我们目前面临的人类社会发展到今天，对能源的需求越来越多，能源需求的标准也越来越高。对我们来说，能源是与生活息息相关密不可分的物质基础，它是人类生命活动的基石。人类社会的进步，必须要有更环保康健的可再生资源的泛起和更先进的能源技术的使用。现如今，能源问题已成为全人类全世界所关注的重点问题，同时，能源的发展、能源和环境也在某种程度上决定了我国社会的经济发展。

能源中的清洁型能源是旨在维护全人类健康长远发展的能源。通过能源在被损耗后是否对环境造成污染我们可以将能源分为污染型能源和干净型能源。煤油等能源属于污染型能源，而风能、电能、水能、太阳能、核能等则在干净型能源的范围。倡导能源的健康型清洁型发展并付诸实践是我们目前面临的巨大难题。

1.2研究背景

当前节能减排的理念被越来越多的国度所倡使，并逐渐深切民心。开辟利用多种多样的可再生能源、提高利用可再生能源的技术手段和方式成为21世纪所面对的研究热门和难点。其中，在节能减排以及可再生能源的利用过程中，最关键的技术便是热量的储存与运输，它们关系着整个体系稳定而又连续的运行，是提高系统效率的关键路径，也是开拓和利用可再生能源的焦点技术之一。

因此，作为节能减排的关键环节，热量的存储和运输受到了国内外研究学者的广泛关注。选择价格合适而又性能优质的传热储热材料俨然已经成为我们目前面临的重点问题。

作为热量存储与运输的基本环节，传热储热材料也随着科学技术的发展在不断地更替和进步。研究表明^[1]，水/蒸汽、熔融盐和液态金属是目前常用的传热储热原料。为了追求一种较为理想的中低温相变储热传热原料和介质，它须要具有机能优异、高的导热系数、较宽的温度范畴、较长的使用寿命等优点，因此我们把研究的重心放在具备这些特性的金属及合金上面。海内外学者着眼于金属以及合金的研究上面，特别是以锡、铋、铅、镉、铟、镓等低熔点金属元素构成的低熔点合金，它们具有高密度、低熔点和高沸点等物理特征，同时热导率和比热容较高、温度使用范畴较广、粘度低、物理性质化学性质不太容易改变。

低熔点合金，通常是容易熔化的合金，其熔点低于Sn的熔点，即232 ℃；它们通常由低熔点合金元素铋、锡、铅、锌、铟等构成。低熔点合金一般有以下几个用途：1）用做焊料，以及保险丝、熔断器等热敏组件，是一类低熔点合金新型原料，有很大的研究应用潜力；2）同时，低熔点合金在医疗上也有一席之地，当它被制作成特定形状以后，可以用来做防辐射专用挡块；3）铸造制模，特殊产品生产使用的模具、铸造特殊用产品模具；4）在电气领域的使用，热敏器件、失火报警装置、保险原料等都有低熔点合金的遍布；5）作为折弯金属管时的填充物使用；6）作为做金相试样时使用的嵌镶剂。总的来说，到目前为止，低熔点合金已被普遍地应用于器械、汽车、航空、轻工业、电气仪表以及原子能工业等范畴。由于其使用领域广泛，低熔点合金模具在各行各业开始展现出自己的独特魅力。

低熔点合金是一种颇有发展规模的宽温域传热原料。因为在对低熔点合金传热工质的研究方面，我们的行动比较迟缓，所以在一般的传热工质的工作效率和使用寿命都有所降低的情况下，我们在传热蓄热原料的探索、使用以及产品的设计和生产领域，仍有较大的成长空间。