论文部分内容阅读
具有纳米晶、过饱和固溶体等亚稳态结构的材料具有独特的物理、化学及机械性能，因而在诸多领域获得了广泛的应用。由于具有亚稳态结构的材料制备往往需要在苛刻的工艺条件下进行，因而研究和探索亚稳态材料的简便制备方法成为当前材料研究领域的热点之一。机械合金化（Mechanical Alloying,MA），是20世纪60年代末发展起来的一种材料合成新工艺。MA工艺在新材料制备、诱发材料内部亚稳相转变等方面具有诸多独特之处，因而受到国内外广大研究学者的注目。多年来，国内外众多学者在MA反应机理、工艺及应用拓展等方面进行着不懈的努力。本文首先介绍了机械合金化的发展历程、工艺设备、基本过程及其在亚稳态材料合成中的应用，并对目前纳米粉体的制备方法进行了评述。在分析前人研究结果的基础上，探讨了MA在纳米粉体制备及难互溶体系中亚稳相转变的应用。在采用X射线衍射分析（XRD）、扫描及透射电子显微镜（SEM／TEM）、能谱分析（EDS）、热分析（DSC）、激光粒度测试等试验手段对MA过程机械激活作用的研究中，发现并提出了“双重激活反应研磨”和“机械激活盐浴合成”两种创新工艺思路；同时，对Cu-Cr难互溶体系在机械合金化过程中饱和固溶体、氧化物非晶的形成以及氧化现象的控制进行了探讨分析。 在“双重激活反应研磨”机制中，利用MA过程中的机械激活作用以及所引入的Ti-C高放热反应体系所带来的热激活作用，以低成本的TiO2为原料合成纳米TiC粉末。机械激活作用是整个“双重激活反应研磨”机制的基础：机械激活导致热激活的产生，而热激活又将加强机械激活的效果；机械激活作用贯穿于整个反应过程之中，并保证了最终产物在较小尺寸范围内。利用反应研磨原理及“双重激活反应研磨”机制，首次采用石油焦为碳源，对金属-高分子体系（Ti-石油焦）和氧化物-金属-高分子体系（TiO2-Ti-石油焦）进行高能研磨合成了纳米TiC粉末，并对不同碳源类型对反应研磨的影响进行了讨论。 在“机械激活盐浴合成”工艺中，将高放热体系在普通反应研磨工艺中所存在的孕育期与反应期分离，利用初始Ti-C混粉在孕育期中所积累的储存能和高温熔盐反应介质所提供的热激活作用来促发粉体中的合成反应。同时，反应产物固相粒子与熔盐体液相间的相互作用将控制最终产物粒子尺寸，从而获得粒度在10nm左右的TiC纳米粉末。 此外，对Cu-Cr难互溶体系的MA研究表明：粉末的结构细化及界面、缺陷的产生导致了MA过程中亚稳相（氧化物非晶、过饱和固溶体）的转变与形成；与保护性气氛相比较，活性炭对MA过程中的氧化现象有良好的控制作用。