块状金属纳米材料的制备技术进展及展望

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1、块状金属纳米材料的制备技术进展及展望摘要综述了国内外块状纳米材料的制备技术进展及存在的问题。提出了超短时脉冲电流直接晶化法和深过冷直接晶化法两类潜在的块状金属纳娑米晶制备技术，并对今后的研究及发展前袷景进行了展望。关键词纳米晶块体材料驻制备非晶晶化机械合金化深过冷DEVELOPMENTOFBULKMETA朵LNANOMETERMATERIAL史SPREPARATIONTECHNO与LOGIESANDTHEiRESTIMATEABSTRACTOntheb趼asisofthesummariza瞅tionofbulkmetalnan棍ocrystalli

2、nemateri鳃alspreparationmeth框ods,twopotentialte茅chnologies:supersh廖ortfalsecurrentdir斫ectcrystallization矧methodandhighunder缳coolingdirectcryst谝allizationmethodar豸etheend,thedevelop睇mentandapplication痘prospectsofvariousmethodsarealsoesti詹mated.KEYWORDSbul溴knanometermaterial切,prepa

3、rationofmate渡rials,crystallizat策ionofamorphousallo勿ys,mechanicalalloy弈ing,highundercooli瑭ngCorrespondent:Z摄hangZhenzhongNorth眢13/13westernPolytechnic煞alUniversity,State瘰keyLaborotryofSoli钔dificationProcessingXi'an710072自80年代盐初德国科学家成功地采用惰性气体凝聚原粑位加压法制得纯物质的块状纳米材料后［绿1］，纳米材料的研究及其制备技术

4、在近年来引起了世界各国的普遍重视。由于纳手料材料具有独特的纳米晶粒及高浓度晶界砬特征以及由此而产生的小尺寸量子效应和晶界效应，使其表现出一系列与普通多晶ハ体和非晶态固体有本质差别的力学、磁、┑光、电、声等性能［2］，使得对纳米材圣料的制备、结构、性能及其应用研究成为剃90年代材料科学研究的热点。为使这种免新型材料既有利于理论研究，又能在实际蟊中拓宽其使用范围，探索高质量的三维大帙尺寸纳米晶体样品的制备技术已成为纳米法材料研究的关键之一。本文综述国内外现玺有块状金属纳米材料的制备技术进展，并缵提出今后可能成为块状金属纳米材料制备握的潜在技术。1现有块状

5、金属纳米材料的制备技术惰性气体凝聚原位加压成形法馔该法首先由教授提出［1］，其装置主茸要由蒸发源、液氮冷却的纳米微粉收集系癸统、刮落输运系统及原位加压成形(烧结钙)系统组成。其制备过程是：在高真空反应室中惰性气体保护下使金属受热升华并得在液氮冷镜壁上聚集、凝结为纳米尺寸的栲超微粒子，刮板将收集器上的纳米微粒刮割落进入漏斗并导入模具，在10-6Pa甜13/13高真空下，加压系统以1～5GPa的压’力使纳米粉原位加压(烧结)成块。采用袄该法已成功地制得Pd、Cu、Fe、A糈g、Mg、Sb、Ni3Al、NiAl亢、TiAl、Fe5Si95等合金的块婀状纳米

6、材料［3］。近年来，在该装置基础之上，通过改进使金属升华的热源及方式(如采用感应加热、等离子体法、电子禺束加热法、激光热解法、磁溅射等)以及谣改良其它装备，可以获得克级到几十克级的纳米晶体样品。纳米超饱和合金、纳米柒复合材料等也正在利用此法研究之中。目咴前该法正向多组分、计量控制、多副模具贡、超高压力方向发展。该法的特点是适稍用范围广，微粉表面洁净，有助于纳米材历料的理论研究。但工艺设备复杂，产量极芒低，很难满足性能研究及应用的要求，特鲰别是用这种方法制备的纳米晶体样品存在榉大量的微孔隙，致密样品密度仅能达金属体积密度的75%～90%，这种微孔隙

7、╈对纳米材料的结构性能研究及某些性能的堪提高十分不利。近年来，尽管发展了一些恩新的纳米粉制备方法如电化学沉积［4］利、电火花侵蚀(sparkerosio闲n)［5］等方法，但与这些方法相衔接的纳米粉的分散、表面处理及成型方法尚峭未得到发展。机械合金研磨(MA)结葸合加压成块法MA法是美国INCO公⑾司于60年代末发展起来的技术。它是一赊种用来制备具有可控微结构的金属基或陶13/13瓷基复合粉末的高能球磨技术：在干燥的书球型装料机内，在高真空Ar2气保护下藿，通过机械研磨过程中高速运行的硬质钢唱球与研磨体之间相互碰撞，对粉末粒子反莨复进行熔结、断裂、再

8、熔结的过程使晶粒不断细化，达到纳米尺寸［6］。然后、秘纳米粉再采用热挤压、热等