纳米材料及制备技术资料.pptVIP

* * * * * 思考： 既然纳米固体材料拥有许多普通材料不具备的优良性质，那么我们怎么制备出能满足我们生产或生活需要的纳米材料呢？ * 3、常用纳米固体的制备方法简介 3.1 纳米固体材料制备过程中的问题及常用制备方法 纳米固体材料在制备过程中主要的困难就是如何解决致密化的问题。导致纳米固体材料不致密的原因主要有： ⑴ 纳米微粒团聚的影响：由于纳米颗粒大比表面积、极高的活性，导致在压制过程中，微粒团聚产生的孔穴缺陷残留在材料中， 即使高温烧结也很难除掉。若无添加剂，致密度只能达到90%左右。 ⑵ 纳米微粒自身特性的影响：由于颗粒的巨大的比表面积, 极高活性，使其很容易吸附气体和水气，在压制过程中易形成气孔， 在烧结过程中气体等溢出，留下孔洞。 * 纳米块体材料的制备方法主要有两类： 一是首先制备出纳米颗粒，然后通过加压、烧结等过程制备出纳米块体材料。 二是直接将普通的非晶块体材料通过特殊的工艺制备成具有纳米结构的块体材料。 纳米材料的制备的一个主要目标就是要获得大尺寸的纳米固体样品，希望其界面清洁致密，无微孔隙，组成颗粒细小均匀。通过材料科学家们的研究和实验，目前比较成熟的方法主要有：①惰性气体蒸发原位加压成形法；②高能球磨加压法；③非晶化法；④沉积法。这几种方法中，按照界面形成机理可以分为：1、外压合成。2、沉积合成。3、相变界面形成。 * 3.2、惰性气体蒸发原位加压成形法 该方法在20世纪80年代初，由德国科学家H.Gleiter教授提出，并成功制备出了Fe、Cu、Au、Ag、等多种纳米晶金属块体材料和NiAl3、TiAl、Si75Al25、Fe5Si95等纳米合金材料。 这种方法制备出的纳米材料是一种经过二次凝聚 晶体或非晶体材料。第一次凝聚是将气化的金属原子形成纳米颗粒，然后再保持新鲜表面的条件下，将纳米颗粒压在一起形成凝聚固体（二次凝聚）。为了防止在过程中纳米颗粒的氧化，上述过程一般都在真空下进行，这就给制备纳米金属和合金固体材料提出了很高的要求。 * 惰性气体蒸发原位加压制备法的原理如右图所示：其制备装置主要由蒸发源、液氮冷却的纳米材料收集系统、刮落运输系统及原位加压成型（烧结）系统组成。其制备步骤为：①制备纳米颗粒②颗粒的收集与运输压制成块。这里主要对③做详细介绍。 * 纳米颗粒形成之后，由刮刀从冷阱刮下，然后通过漏斗落入低压压实装置，颗粒粉体在此装置中经过轻度压实（预压）后通过机械手将其送至高压原位加压加热系统，然后经热压制成块状体。压力一般为1～5Gpa，温度为300 ～ 800K。 通过惰性气体蒸发冷凝法制得的金属和合金纳米微粒几乎无硬质团聚体存在，具有清洁的表面，压制成的块体材料纯度较高，但是，该方法工艺设备复杂、产量低，难以满足性能研究及应用要求，制得的纳米晶体样品中存在大量的微小孔隙。 近年来在该装置的基础上，通过改进金属的蒸发方式（感应、激光、溅射等）和压制方法，使得制备出的块体 * 材料中孔隙减少，致密度大大提高。周宇松等，在对粉末加压的同时，对装粉末的模具进行加热，这样提高了块体材料的致密度。通过该方法，他们制备出了直径为80mm厚度为5mm，质量约为210g，平均晶粒度为36nm，相对密度为94.3%的铜纳米块体材料。 3.3、高能球磨加压成块法 高能球磨加压成块法是将高能球磨所制得的纳米粉体再采用热挤压、热等静挤压等技术加压制得块体材料。运用这种方法，可以制备，非晶、准晶、纳米晶、超硬材料、稀土永磁材料、超塑性合金、金属间化合物等材料。该方法制备纳米材料主要分为两个步骤：①高能球磨制备纳米颗粒；②纳米颗粒压制成块。 * 高能球磨法是利用球磨机的转动或振动使硬球对原料进行强烈的撞击，研磨和搅拌， 把金属或合金粉末粉碎为纳米级微粒的方法。又称机械合金（mechanical alloying简称MA）。采用该方法可以制备纳米晶纯金属粉末（bcc、hcp）、不互溶体系纳米结构（固溶体）、纳米金属间化合物，纳米非金属颗粒。 该方法基体成分不受限制、成本低、产量大、工艺简单，特别是在难熔金属的合金化、非平衡相的生成及开发特殊使用合金方面有较广泛的应用。但是，这种方法存在的问题是研磨过程中容易产生杂质、污染、氧化及应力，较难得到洁净的纳米晶体界面。 对于压制成形过程，其原理和前面介绍的的大致同。 * 3.4、非晶晶化法 非晶态合金在热力学上是非平衡的（晶态时能量最低），在一定条件下，会发生非晶结构向晶态的转变即发生晶化。研究表明当工艺条件控制适当时，通过非晶合金晶化能获得纳米晶析出相