陕西科技大学材料学院纳米材料第四章纳米固体材料论述.ppt

高能球磨法的应用 利用机械合金化法可将相图上几乎不互溶的元素制成固溶体：Fe-Cu合金、Ag-Cu合金。 制备纳米金属间化合物：Fe-B、Ti-Si、Ti-B等纳米金属间化合物。 制备纳米复合材料：纳米Y2O3粉体复合到Co-Ni-Zr合金中；把纳米CaO或纳米MgO复合到金属Cu中，其电导率与Cu基本一样，但强度大大提高。 该法已制备出Ni、Fe、Co、Pd 基等多种合金系列的纳米晶体，也可制备出金属间化合物和单质半导体纳米晶体，并已发展到实用阶段。此法在纳米软磁材料的制备方面应用最为广泛。 卢柯 等人率先采用非晶晶化法成功地制备出纳米晶Ni-P合金带. 用单辊旋淬法制备纳米晶Cu薄带 首先将设备抽真空，然后充入30~90 kPa的惰性气体。 在惰性气体保护条件下利用高频感应加热装置将10 g纯度为99.99%的铜棒料放入石英坩埚中熔化成高于熔点50℃~150℃的液态铜。 再用6~20 kPa的惰性气体将液态铜喷射到高速旋转的铜辊表面，液态铜在铜辊表面急速冷却，并沿铜辊转动方向甩出，形成一定宽度的薄带。 该法的特点是成本低，产量大，界面清洁致密，样品中无微孔隙，晶粒度变化易控制。 局限性：依赖于非晶态固体的获得，只适用于非晶形成能力较强的合金系。 2.4.2 纳米陶瓷材料的制备 高质量的陶瓷材科最关键的指标是材料是否高度致密，对于纳米陶瓷同样要求具有高的致密度，为了达到达一目的，主要采用下述几种工艺路线: 优缺点：无压力烧结工艺简单，不需特殊的设备，因此成本低，但烧结过程中易出现晶粒快速的长大及大孔洞的形成，结果试样不能实现致密化，使得纳米陶瓷的优点丧失． 关于掺加稳定剂(掺杂质)能有效控制晶粒长大的机制至今尚不清楚．对于这个问题有两种解释：Brook等人认为，杂质偏聚到晶界上并在晶界建立起空间电荷，从而钉扎了晶界，使晶界动性大大降低，阻止了晶粒的长大．另一种认为是杂质改变了点缺陷的组成和化学性质从而阻止晶粒的生长。 该工艺与无压力烧结工艺相比的优点：对于许多未掺杂的纳米粉通过施加应力有助烧结，可制得具有较高致密度的纳米陶瓷，并且晶粒无明显长大，但该工艺要求的设备比无压力烧结复杂，操作也较复杂。 3．微波烧结 为了防止无压烧结过程中晶粒的长大，在主体粉中掺入一种或多种稳定化粉体使得烧结后的试样晶粒无明显长大并能获得高的致密度． 在纳米ZrO2粉中掺入5%MgO ，1523K烧结1h，相对密度达95%. 2.热压烧结 无团聚的粉体在一定压力和温度下进行烧结，称为热压烧结。 “两步法”的基本过程如下： 第一步是在惰性气体中（高纯He)蒸发金属，形成的金属纳米粒子附着在冷阱上； 第二步是引入活性气体，例如氧，使冷阱的纳米金属粒子急剧氧化形成氧化物，然后将反应室中氧气排除，达到约真空度，用刮刀将氧化物刮下，通过漏斗进入压结装置；压结可在室温或高温下进行，由此得到的生坯，经无压力烧结或应力有助烧结，可获得高致密度陶瓷。 除了易升华的和纳米离子化合物可用“一步法”直接蒸发形成纳米微粒，然后原位加压成生坯外，大多数纳米氧化物陶瓷生坯制备采用“两步法”。 由于惰性气体冷凝法制备的纳米相粉料无硬团聚，因此在压制生坯时，即使在室温下进行，生坯相对密度也能大幅提高 。高致密度的生坯经烧结，能够获得高密度纳米陶瓷. 粉体制备 其它方法 将SiC摩尔比分别为10%, 20% 和30% 的Al2O3－2SiC 纳米陶瓷粉末, 利用真空热压装置在1 800 ℃进行烧结, 烧结时间为2 h, 烧结压强为35 MPa; Al2O3 －10% SiC 纳米陶瓷粉末分别在 1 700 ℃, 1 750 ℃和1 800 ℃烧结, 烧结时间为2 h, 压强为35MPa. 烧结体的制备 纳米陶瓷材料烧结过程中，在高温停留很短时间，纳米相晶粒就长大到近一个数量级。因此，要想使晶粒不过分长大，必须采用快速升温、快速降温的烧结方法。而微波烧结技术可以满足这个要求。 微波烧结的升温速度快(500℃/min)，升温时间短(2min)。解决了普通烧结方法不可避免的纳米晶异常长大问题。并且微波烧结时，从微波能转换成热能的效率很高：80％—90％能量可节约50％左右。 陶瓷的主要制备工艺是：粉末制备、成形和烧结 1 主要的成形方法 成形的任务：是将粉末制成要求形状的半成品。 纳米陶瓷的主要成形方法可分为： 1）粉料成形方法，或称粉料压制法，如钢模压制、冷等静压制、干袋式等静压制等。 2）塑性料团成形方法，或称可塑成形方法，如可塑毛坯挤压、轧膜成形等。 3）浆料成形方法，或称注浆成形方法，如离心浇注、流延成型等。 4）热