纳米材料与技术-纳米金属材料.doc

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 wave compaction）、热挤压（warm extrusion）、热静压（hot isostatic pressing）、烧结锻（sinter forging）及