Nb1-xMxSe2(M=Ti-Ta)的制備與摩擦性能研究.pdf

1、過渡族金屬硫硒化物MX2(M=Nb、Ta、Ti、Mo、W等;X=S、Se)均具有和MoS2同樣的層狀結(jié)構(gòu)和摩擦學(xué)特性，其作為固體潤滑劑得到了廣泛的研究與應(yīng)用。Ag/Cu-MoS2/石墨作為常用的電接觸復(fù)合材料，在使用過程中存在較多問題，如在真空和干燥環(huán)境中，Ag/Cu-石墨復(fù)合材料摩擦系數(shù)高且磨損嚴(yán)重，而以MoS2為固體潤滑劑的電接觸復(fù)合材料雖然具有較低的摩擦系數(shù)，但其導(dǎo)電性能差。NbSe2因具有較低的電阻率以及在真空干燥環(huán)境下優(yōu)良的摩

2、擦學(xué)性能的特點(diǎn)，而成為新型電接觸材料開發(fā)的更優(yōu)選擇。因而對NbSe2進(jìn)行摻雜，改善其導(dǎo)電性或摩擦學(xué)性能的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，且國內(nèi)外尚未見相關(guān)報(bào)道。本文以第一性原理計(jì)算對Ti/Ta摻雜的NbSe2的導(dǎo)電性進(jìn)行了基礎(chǔ)理論研究，并結(jié)合制備Nb1-x(Ti/Ta)xSe2及其銅基復(fù)合材料，且研究了Ti/Ta摻雜對NbSe2摩擦學(xué)性能的影響。
　　 主要研究工作和成果:
　　 (1)以MaterialsStudio6.0軟件

3、的CASTEP程序模塊為基礎(chǔ)，通過形成能計(jì)算分析確定了Ti/Ta在2H-NbSe2中可行的兩種摻雜位置，即鈮位和層間隙位置;通過對Ti/Ta摻雜NbSe2的能帶圖、態(tài)密度及分波態(tài)密度圖的分析可知，Ti/Ta的摻雜使NbSe2費(fèi)米面附近電子態(tài)密度增加，即導(dǎo)電性增強(qiáng)。
　　 (2)固相法在750℃成功的合成了NbSe2及Ti/Ta摻雜的Nb1-x(Ti/Ta)xSe2微納米材料，研究了溫度對NbSe2合成的影響，并通過XRD，SEM

4、對產(chǎn)物的成分和微觀形貌進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:隨著Ti的摻雜，樣品形貌發(fā)生較大改變，10at.％Ti摻雜后，出現(xiàn)了除六方片之外的大量納米顆粒，15at.％Ti摻雜以后物相不純，產(chǎn)物變?yōu)镹bSe2和TixSey的混合物;在Ta摻雜的影響下，樣品形貌同樣發(fā)生改變，15at.％以內(nèi)的Ta摻雜，樣品形貌均具有層狀結(jié)構(gòu)。
　　 (3)用粉末冶金方法制備了銅-NbSe2及銅Nb1-x(Ti/Ta)xSe2復(fù)合材料。通過銅-NbSe2復(fù)合材料的

5、成分及性能測試結(jié)果分析可知，添加的NbSe2由于部分與基體Cu反應(yīng)，復(fù)合材料機(jī)械強(qiáng)度得到提高，但隨著NbSe2添加量的增加，電阻率會(huì)明顯增加;對潤滑劑添加量分別為5wt.％、10wt.％的銅-Nb1-x(Ti/Ta)xSe2復(fù)合材料進(jìn)行分析，結(jié)果表明，在Ti/Ta的摻雜量10at.％時(shí)，其銅-Nb1-x(Ti/Ta)xSe2復(fù)合材料機(jī)械性能明顯改善，且Nb1-x(Ti/Ta)xSe2添加量為5wt.％時(shí)，銅-Nb1-x(Ti/Ta)xS