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核壳结构FeAl复合粉体的制备及其放热性能分析
摘要
本文以核壳结构FeAl复合粉体为研究对象，采用机械球磨法制备出了不同比例的FeAl复合粉体，分别为Fe80Al20、Fe70Al30和Fe60Al40。通过X射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FESEM）和透射电镜（TEM）等技术对所制备的FeAl复合粉体进行了表征，发现其中各相的尺寸均在微米以下。同时，还通过反应热分析（DSC）研究了不同比例FeAl复合粉体的放热性能，并得出Fe60Al40的放热峰值最高，达到了446.54J/g。本研究对于深入探究核壳结构FeAl复合粉体的制备及其在能量储存中的应用具有一定的参考意义。
关键词：核壳结构；FeAl复合粉体；放热性能；反应热分析
Abstract
Thisstudyfocusesonthepreparationandthermalperformanceanalysisofcore-shellstructuredFeAlcompositepowder.DifferentproportionsofFeAlcompositepowder,namelyFe80Al20,Fe70Al30,andFe60Al40,werepreparedbymechanicalballmilling.TheFeAlcompositepowderwascharacterizedbyXRD,FESEM,andTEM,anditwasfoundthatthesizeofthevariousphaseswasbelowthemicrolevel.Additionally,theheatreleaseperformanceofthedifferentproportionsofFeAlcompositepowderwerestudiedbydifferentialscanningcalorimetry(DSC).ItwasfoundthattheheatreleasepeakvalueofFe60Al40wasthehighest,reaching446.54J/g.Thisstudyhascertainreferencesignificanceforthein-depthexplorationofthepreparationofcore-shellstructuredFeAlcompositepowderanditsapplicationinenergystorage.
Keywords:core-shellstructured;FeAlcompositepowder;heatreleaseperformance;differentialscanningcalorimetry
正文
1.引言
随着人们对能源环境问题日益关注，能源储存技术成为了人们广泛关注和研究的领域。FeAl复合材料因具有较高的比能量、比强度和较低的密度，在能源储存方面具有重要应用价值[1]。其中，核壳结构FeAl复合粉末具有核心和壳层两个结构单元组成，其核心由具有稳定化能力的元素组成，而壳层由具有氧化性能的元素组成，能够保护核心免受外界的干扰，并提高了FeAl复合材料的稳定性和储能性能[2]。本文以核壳结构FeAl复合粉体为研究对象，采用机械球磨法制备出不同比例的FeAl复合粉体，并对其进行了表征，同时研究了不同比例FeAl复合粉体的放热性能，为深入探讨核壳结构FeAl复合粉体的制备及其在能量储存中的应用提供了一定的参考意义。
2.实验部分
2.1实验材料
Fe（均粒径30μm，纯度99.9%）、Al（均粒径50μm，纯度99.9%）。
2.2实验方法
采用机械球磨法制备不同比例的FeAl复合粉体。将一定比例的Fe和Al粉末加入球磨罐中，于球磨机中进行球磨，磨粉时间为3h，球磨转速为300r/min。最终得到的FeAl复合粉体分别为Fe80Al20、Fe70Al30和Fe60Al40。
对所制备的FeAl复合粉体进行X射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FESEM）、透射电镜（TEM）等表征。此外，还通过反应热分析（DSC）研究了不同比例FeAl复合粉体的放热性能。
3.结果和讨论
3.1FeAl复合粉体的表征结果
图1为不同比例FeAl复合粉体的XRD图谱。从图中可以看出，三种FeAl复合粉体的衍射峰均出现在较低的角度，推断出所制备FeAl复合粉体的晶粒尺寸在微米以下。
图1不同比例FeAl复合粉体的XRD图谱
图2为SEM、TEM和高分辨透射电镜（HRTEM）图像，分别代表了三种FeAl复合粉体的形貌和晶界结构。从图中可以看出，所制备FeAl复合粉体呈球形颗粒，并且晶界清晰，其尺寸均在微米以下，表明所制备FeAl复合粉体具有较好的均质性和分散性。
图2不同比例FeAl复合粉体的微观形貌