第八章 纳米固体课件.ppt

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第八章 纳米固体课件

第八章 纳米固体;8.1 纳米金属; Microstructures observed in the powder alloys (a, A type with equiaxed IPs; b, B type with irregular IPs; c, particle with eutectic colonies; d, particle with needle-like IPs).;例②:SmCo7/fcc Co permanent magnets;强烈塑性变形法(strong plastic deformation);SPD主要有两种方法:;SPTS法工作原理:装置主要由模具和压头组成,其中模具是固定的,而压头是运动的。由于试样特殊的几何形状,大部分材料在许用压力和试样外层压力的作用下,能够在几个GPa、类似于静压力的条件下产生剪切变形。通常用这种方法来制备圆盘状试样,直径为(10~20)mm,厚度为0.2~0.5mm。大量的试验证明压头扭转1/2转之后,试样的内部微观结构就已经发生了显著的变化。进一步的扭转挤压可以使试样获得均匀的纳米结构。目前SPTS法已成功地用于制取某些纳米结构的合金、金属间化合物。;主要包含大角度晶界的等轴晶粒,晶粒内部通常???有一些严重扭曲变形的晶格结构。位错密度较高,晶界处于非平衡态。;3. 非晶晶化法;例②:纳米晶Fe 78B13Si9合金的制备;例③: Nd2Fe14B/?-Fe纳米晶双相永磁合金的制备;(1)制备工艺简单, 过程可精确控制; (2)一次可制备大量的样品; (3)可形成外形无规则的纳米尺寸晶粒,从而使纳米合金具有更多的界面; (4)可以制备化学成分精确的纳米合金/纳米金属化合物和金属间化合物。;4. 电解沉积技术;例:2000年,沈阳金属所卢柯教授等人利用传统电解沉积技术,优化工艺参数,成功地制备出致密、高纯度的块状纳米晶体Cu样品,晶粒尺寸为30nm,纯度高于99.995wt%,密度可达普通纯Cu理论密度的99.4%。;5. 惰性气体蒸发、原位加压制备法;6. 高能球磨法(机械合金化);8.2 纳米陶瓷;★纳米陶瓷的制备;(1) 冷等静压成型;8.2.1 素坯的成型;(2) 超高压成型;8.2.1 素坯的成型;8.2.1 素坯的成型;(3) 橡胶等静压成型(RIP);RIP的关键在于将粉体均匀地装入橡胶模具中,可通过空气振动技术来实现。 优点:误差小、速度快、坯体均匀、模具价格低廉;可以获得较高的相对密度;可以获得较大的素坯。;8.2.1 素坯的成型;(4) 原位成型法;(5) 离心注浆成型;优点:对烧结性能的改善有明显的作用;(干法成型1500℃,相对密度95%;而该方法,1100℃,相对密度99.5%),所得陶瓷的显微结构比直接干压成型要均匀得多; 缺点:粉体浪费严重;粉体制备和成型过程一气呵成,省略了湿法制粉的干燥工艺,减少了团聚。 关键步骤:解胶 优点:①颗粒不会暴露在空气中,从而避免意外的污染给烧结和材料的性能带来不利的影响;②稳定的溶胶中比任何其它形式的初始粒子中的硬团聚都少,有利于烧结的进行,并获得均匀的结构;③由于毛细管中的液体为表面张力很大的水,有利于在形成的凝胶中,实现颗粒很好的堆积和重排。;(7) 凝胶浇注成型;凝胶浇注成型的素坯;将纳米粉体的悬浮液放在一可使液体通过但陶瓷颗粒不能通过的半透膜袋中,将半透膜袋置于采用相同溶剂的高浓度的高分子溶液中,同时保证高分子不能透过半透膜。由于半透膜内的化学势比半透膜外要高得多,在化学势的作用下,半透膜中的溶剂向外渗透。 渗透固化成型的关键是要有足够高的渗透压。 常用高分子溶液:聚氧乙烯(PEO);(1) 无压烧结;纳米Y-TZP陶瓷的相对密度与烧结温度关系曲线;首先,将烧结温度升至较高的温度,使坯体的相对密度达到70%左右;然后将烧结温度降至较低温度下保温一段时间使烧结继续进行而实现完全的致密化。 可避免晶粒的长大;两步法烧结的纳米Y2O3陶瓷,晶粒尺寸60nm;(3)相变辅助烧结;施加一定压力下烧结,可降低烧结温度,避免晶粒长大 可分为真空热压烧结、气氛热压烧结、连续热压烧结等;8.2.2 烧结;是压力烧结的一种,通过瞬时产生的放电等离子使烧结体内部每个颗粒均匀地自身发热和使颗粒表面活化,在相当短的时间内使烧结体达到致密。;8.2.2 烧结;(8)预热粉体爆炸烧结;加入添加剂的烧结,如Y2O3、SiO2、MgO等,进一步提高烧结致密 添加剂的作用:;★ 纳米陶瓷实例;8.3 纳米颗粒膜;溶胶凝胶法;电沉积法;物理沉积法;高速超微粒子沉积法;直接沉积法; 8.4 纳米晶薄膜;等离子增强化学气相沉积法(PECVD);射频磁控溅射法;例:(Ti,Al,Si)N纳米涂层; Ti-C:H、W-C:H

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