块状金属纳米材料的制备技术进展及展望
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米晶制备技术，并对今后的研究及发展前
景进行了展望。
关键词 纳米晶块体 材料 制备 非晶晶化 机械合金化 深过冷
DEVELOPMENT OF BULK METAL NANOMETER MATERIALS PREPARATION
TECHNOLOGIES AND THEIR ESTIMATE
ABSTRACT On the basis of the summarization of bulk metal nanocrystalline materials preparation
methods,two potential technologies:super short false current direct crystallization method and high
undercooling direct crystallization method are proposed.In the end,the development and application
prospects of various methods are also estimated.
KEYWORDS bulk nanometer material,preparation of materials,crystallization of amorphous
alloys,mechanical alloying,high undercooling
Correspondent:Zhang Zhenzhong Northwestern Polytechnical University,State key Laborotry of
Solidification Processing Xi'an 710072
自80 年代初德国科学家 H.V.Gleiter 成功地采用惰性气体凝聚原位加压法制得纯物质的块
状纳米材料后［1］，纳米材料的研究及其制备技术在近年来引起了世界各国的普遍重视。由
于纳料材料具有独特的纳米晶粒及高浓度晶界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］，使得对纳米材料的制备、结构、性能及其应用研究成为 90 年代材料科学研究的热点。
为使这种新型材料既有利于理论研究，又能在实际中拓宽其使用范围，探索高质量的三维大尺
寸纳米晶体样品的制备技术已成为纳米材料研究的关键之一。本文综述国内外现有块状金属纳
米材料的制备技术进展，并提出今后可能成为块状金属纳米材料制备的潜在技术。
1 现有块状金属纳米材料的制备技术
1.1 惰性气体凝聚原位加压成形法
该法首先由 H.V.Gleiter 教授提出［1］，其装置主要由蒸发源、液氮冷却的纳米微粉收集
系统、刮落输运系统及原位加压成形(烧结)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在液氮冷镜壁上聚集、凝结为纳米尺寸的超微粒子，刮板将收集
器上的纳米微粒刮落进入漏斗并导入模具，在 10-6Pa 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。采用该法已成功地制得
Pd、Cu、Fe、Ag、Mg、Sb、Ni3Al、NiAl、TiAl、Fe5Si95 等合金的块状纳米材料［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、电子束加热法、激光热解法、磁溅射等)以及改良其它装备，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、纳米复合材料等也正在利用此法研究之中。目前该法正向多
组分、计量控制、多副模具、超高压力方向发展。
该法的特点是适用范围广，微粉表面洁净，有助于纳米材料的理论研究。但工艺设备复
杂，产量极低，很难满足性能研究及应用的要求，特别是用这种方法制备的纳米晶体样品存在
大量的微孔隙，致密样品密度仅能达金属体积密度的 75%～90%，这种微孔隙对纳米材料的结
构性能研究及某些性能的提高十分不利。近年来，尽管发展了一些新的纳米粉制备方法如电化
学沉积［4］、电火花侵蚀(spark erosion)［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未得到发展。
1.2 机械合金研磨(MA)结合加压成块法
MA 法是美国INCO 公司于60 年代末发展起来的技术。它是一种用来制备具有可控微结构
的金属基或陶瓷基复合粉末的高能球磨技术：在干燥的球型装料机内，在高真空 Ar2 气保护
下，通过机械研磨过程中高速运行的硬质钢球与研磨体之间相互碰撞，对粉末粒子反复进行熔
结、断裂、再熔结的过程使晶粒不断细化，达到纳米尺寸［6］。然后、纳米粉再采用热挤
摘要：
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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米晶制备技术，并对今后的研究及发展前景进行了展望。 关键词纳米晶块体材料制备非晶晶化机械合金化深过冷DEVELOPMENTOFBULKMETALNANOMETERMATERIALSPREPARATIONTECHNOLOGIESANDTHEIRESTIMATEABSTRACTOnthebasisofthesummarizationofbulkmetalnanocrystallinematerialspreparationmethods...
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作者：闻远设计
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