文档介绍：第十一章纳米金属材料
发展历史较长:20世纪80年代,,并首次获得纳米金属Ag、Cu、Al等块体材料。
研究意义:
①纳米材料独特的结构特征(晶粒尺寸在纳米量级,含有大量的内界面),为深入研究界面结构与性能提供了良好的条件。
②由于纳米材料表现出一系列优异的理化及力学性能,从而为提高材料的综合性能,发展新一代高性能材料创造了条件。
一、纳米金属材料的制备
二、金属纳米晶体的微观结构
三、金属纳米晶体材料的性能
四、金属纳米晶体材料的进展
一、纳米金属材料的制备
1. 纳米晶体材料(微晶粒)的主要制备技术
①金属蒸发凝聚—原位冷压成型法:
Gleiter最早发展的技术
德国科学家格莱特1984年制备出了第一块纳米结构材料。格莱特将粒径为6纳米大小的铁粒子压制成形,烧结得到纳米微晶体块,成为纳米材料的开山之作。
先制备出纳米尺度的超微粒子(在惰性气氛中使金属受热升华,将蒸发的金属气相凝结成纳米尺度的超微粒子,并聚集在LN2冷阱壁上),在保持其表面清洁的情况下将粒子冷压成块,形成了由纳米尺寸晶粒组成的多晶体(取下超细粒子并在高真空下进行原位冷压(压力约1-5GPa)成块,可获得毫克级三维纳米晶体样品。
J 方法不断发展:
通过改进使金属升华的热源及方式(电磁感应加热、等离子体法、磁控溅射法等),可获得克级到几十克级的纳米晶体样品,从而使许多力学性能测试成为可能。
L 局限:工艺设备复杂,产量极低;更重要的是纳米晶体样品中存在大量的微孔隙(几纳米到几微米),对结构性能的研究和提高不利。
②机械研磨法(mechanical attrition)
与超细粉冷压法同为外压力合成(形成内界面)
③非晶晶化法(crystallization method)
通过相变形成纳米晶的内界面
④沉积法(deposition method)
界面形成由沉积合成。
? 针对不同用途,各方法各有其优缺点。
2. 块状致密纳米晶体材料合成研究
①目标:
获得大尺寸的纳米晶体样品,其中界面清洁致密、无微孔隙、晶粒细小均匀。
②途径:
Ø 超细粉冷压法:改进使金属升华的热源及方式,可大幅度提高超微粉体的产量,为制备大尺寸纳米晶体样品提供了条件。
冷压成型的样品密度较低,采用热压(hot pressing)技术进行尝试,—%(晶粒尺寸保持在10nm左右)的纳米Cu和Pd样品。
Ø 机械研磨法:可获得大量具有纳米晶体结构的粉末材料。尽管由于其污染和氧化问题会对一些基础问题的探索不利,但仍有一些独特的优势:工艺较简单,可合成的纳米材料种类众多,尤其是能合成一些金属化合物(Ti-Al、Fe-Cr-Al)和固溶体(Fe-Cu、Fe-Al)等其他方法难以制备的材料,且这些材料因具有独特性能(如Ti-Al有良好的高温韧性)而有良好的应用前景。
对球磨纳米粉末,用不同的压制成型技术合成密实的块状样品:振动波压实(shock paction)、热挤压(warm extrusion)、热静压(hot isostatic pressing)、烧结锻(sinter forging)及利用相转变的热压实(hot pressing utilizing phase transf