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塊狀金屬納米材料的制備技術(shù)進(jìn)展及展望
（作者未知） 2010/5/26
塊狀金屬納米材料的制備技術(shù)進(jìn)展及展望
摘 要 綜述了國內(nèi)外塊狀納米材料的制備技術(shù)進(jìn)展及存在的問題。提出了超短時脈沖電流直接晶化法和深過冷直接晶化法兩類潛在的塊狀金屬納米晶制備技術(shù)，并對今后的研究及發(fā)展前景進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞 納米晶塊體 材料制備 非晶晶化 機(jī)械合金化 深過冷
DEVELOPMENT OF BULK METAL NANOMETER MATERIALS PREPARATION TECHNOLOGIES AND THEIR ESTIMATE
ABSTRACT On the basis of the summarization of bulk metal nanocrystalline materials preparation methods,two potential technologies:super short false current direct crystallization method and high undercooling direct crystallization method are proposed.In the end,the development and application prospects of various methods are also estimated.
KEYWORDS bulk nanometer material,preparation of materials,crystallization of amorphous alloys,mechanical alloying,high undercooling
Correspondent:Zhang Zhenzhong Northwestern Polytechnical University,State key Laborotry of Solidification Processing Xi’an 710072
自80年代初德國科學(xué)家H.V.Gleiter成功地采用惰性氣體凝聚原位加壓法制得純物質(zhì)的塊狀納米材料后［1］，納米材料的研究及其制備技術(shù)在近年來引起了世界各國的普遍重視。由于納料材料具有獨(dú)特的納米晶粒及高濃度晶界特征以及由此而產(chǎn)生的小尺寸量子效應(yīng)和晶界效應(yīng)，使其表現(xiàn)出一系列與普通多晶體和非晶態(tài)固體有本質(zhì)差別的力學(xué)、磁、光、電、聲等性能［2］，使得對納米材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能及其應(yīng)用研究成為90年代材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)。為使這種新型材料既有利于理論研究，又能在實(shí)際中拓寬其使用范圍，探索高質(zhì)量的三維大尺寸納米晶體樣品的制備技術(shù)已成為納米材料研究的關(guān)鍵之一。本文綜述國內(nèi)外現(xiàn)有塊狀金屬納米材料的制備技術(shù)進(jìn)展，并提出今后可能成為塊狀金屬納米材料制備的潛在技術(shù)。
1 現(xiàn)有塊狀金屬納米材料的制備技術(shù)
1.1 惰性氣體凝聚原位加壓成形法
該法首先由H.V.Gleiter教授提出［1］，其裝置主要由蒸發(fā)源、液氮冷卻的納米微粉收集系統(tǒng)、刮落輸運(yùn)系統(tǒng)及原位加壓成形(燒結(jié))系統(tǒng)組成。其制備過程是：在高真空反應(yīng)室中惰性氣體保護(hù)下使金屬受熱升華并在液氮冷鏡壁上聚集、凝結(jié)為納米尺寸的超微粒子，刮板將收集器上的納米微粒刮落進(jìn)入漏斗并導(dǎo)入模具，在10-6Pa高真空下，加壓系統(tǒng)以1～5GPa的壓力使納米粉原位加壓(燒結(jié))成塊。采用該法已成功地制得Pd、Cu、Fe、Ag、Mg、Sb、Ni3Al、NiAl、TiAl、Fe5Si95等合金的塊狀納米材料［3］。近年來，在該裝置基礎(chǔ)之上，通過改進(jìn)使金屬升華的熱源及方式(如采用感應(yīng)加熱、等離子體法、電子束加熱法、激光熱解法、磁濺射等)以及改良其它裝備，可以獲得克級到幾十克級的納米晶體樣品。納米超飽和合金、納米復(fù)合材料等也正在利用此法研究之中。目前該法正向多組分、計(jì)量控制、多副模具、超高壓力方向發(fā)展。
該法的特點(diǎn)是適用范圍廣，微粉表面潔凈，有助于納米材料的理論研究。但工藝設(shè)備復(fù)雜，產(chǎn)量極低，很難滿足性能研究及應(yīng)用的要求，特別是用這種方法制備的納米晶體樣品存在大量的微孔隙，致密樣品密度僅能達(dá)金屬體積密度的75%～90%，這種微孔隙對納米材料的結(jié)構(gòu)性能研究及某些性能的提高十分不利。近年來，盡管發(fā)展了一些新的納米粉制備方法如電化學(xué)沉積［4］、電火花侵蝕(spark erosion)［5］等方法，但與這些方法相銜接的納米粉的分散、表面處理及成型方法尚未得到發(fā)展。
1.2 機(jī)械合金研磨(MA)結(jié)合加壓成塊法
MA法是美國INCO公司于60年代末發(fā)展起來的技術(shù)。它是一種用來制備具有可控微結(jié)構(gòu)的金屬基或陶瓷基復(fù)合粉末的高能球磨技術(shù)：在干燥的球型裝（未完，下一頁）
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