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, 教授提出纳米晶体材料的概念,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 (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 LN 2 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。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。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。 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: 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,可获得相对密度达 — % (晶粒尺寸保持在 10nm 左右)的纳米 Cu 和 Pd样品。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 transformatio