【正文】 惰性 氣 體蒸 發(fā) 原位加 壓 法 ? 用 該 方法成功地制 備 了 Fe、 Cu、 Au、 Pd等 納 米晶金 屬塊 體和 Si－ Pd、 Pd－ Fe－ Si、 Si－ Al等 納 米金 屬 玻璃。上述步 驟 一般都是在 真 空下 進 行的。 ? 將兩種 或 兩種 以上金 屬 粉末同 時 放入球磨機的球磨罐中 進 行高能球磨，粉末 顆 粒 經(jīng)壓 延， 壓合，又碾碎，再 壓 合的反 復(fù)過 程，最后 獲 得 組織 和成分分布均 勻 的合金粉末。 高能球磨法已成功地制 備 出以下幾 類納 米晶材料 : ?納 米晶 純 金 屬 。 ?不互溶體系 納 米 結(jié)構(gòu) 。 ?納 米金 屬間 化合物。 ?納 米金 屬 —陶瓷 復(fù) 合粉體。 非晶晶化法 ?盧 柯等人率先采用非晶晶化法成功地制 備出 納 米晶 Ni—P合金。如， 10nm的陶瓷微粒比 10?m的理 論燒結(jié) 速度提高 12個數(shù) 量 級 。 ? 無 壓 力 燒結(jié) 工 藝簡單 ，不需特殊的 設(shè)備 ，因此成本低。在 納 米 ZrO2粉中 摻 入 5Vol%MgO，通 過 無 壓燒結(jié) ，相 對 密度可 達 98%。 熱壓燒結(jié) ? 無 團 聚的粉體在一定 壓 力下 進 行 燒結(jié) ， 稱為熱壓燒結(jié) 。 ? 但 該 工 藝 要求的 設(shè)備 比無 壓燒結(jié)復(fù)雜 ，操作也較復(fù)雜 。 微波 燒結(jié) ? 要想使 納 米陶瓷材料 燒結(jié)過 程中晶粒不 過 分 長大，必 須 采用快速升 溫 、快速降 溫 的 燒結(jié) 方法。且能量可 節(jié)約 50%左右。 ? 采用微波 燒結(jié) 可制 備 ZrO2或 Al2O3納 米陶瓷材料。1 納 米 復(fù) 合材料分 類 ?167。1 納 米 復(fù) 合材料分 類 – 復(fù) 合材料的 結(jié)構(gòu) ：一 個 相 為連續(xù) 相， 稱為 基體，而另一相是以一定的形 態(tài) 分布于 連續(xù) 相中， 稱為 增強體。 – 納 米 復(fù) 合材料的強度和 韌 性比 單組 分 納 米材料可提高 25倍（表 41）。有 時 ，也把不同材 質(zhì)構(gòu) 成的多 層 膜如超晶格也 稱為納 米 復(fù) 合薄膜材料。另外，介孔固體亦可作 為復(fù) 合母體通 過 物理或化 學(xué) 方法 將納 米粒子 填 充在介孔中，形成介孔 復(fù) 合的 納 米 復(fù) 合材料。 納 米 復(fù) 合材料按基體材料 類 型 可以分 為 三 種 ： ?（ 1） 陶瓷基 納 米 復(fù) 合材料是指在陶瓷基體 結(jié)構(gòu)中彌散有 納 米 級 增強相的陶瓷基 復(fù) 合材料。 ?（ 3） 聚合物基 納 米 復(fù) 合材料 則 是由各 種納 米 單元 與 有機高分子基體材料以各 種 方式 復(fù) 合成型的一 種 新型 復(fù) 合材料。2 陶瓷基 納 米 復(fù) 合材料的制 備 固相法 液相法 氣 相法 原位 復(fù) 合法 167。 – 與 無 壓燒結(jié) 相比， 燒結(jié)溫 度低得多。 – 例如以 Si3N4粉和 納 米 SiCw晶 須為 原料，加入少量添加 劑 （如 MgO等），在 16001700 oC的 Ar氣 中熱壓燒結(jié) ， 壓 力 2030MPa，可得到致密的（理 論密度 95%） SiCw/Si3N4納 米 復(fù) 合材料。 – 與 一般 熱壓燒結(jié) 法相比， HIP法使混合物料受到各向同性的 壓 力，使 顯 微 結(jié)構(gòu) 均 勻 。 – 對氧 化 鋁 基 復(fù) 合材料而言，無 壓燒結(jié)溫 度 為1800 oC， 熱壓燒結(jié) （ 20MPa） 溫 度 為 1500 oC，而 HIP燒結(jié) （ 400MPa），在 1000 oC的 較 低 溫 度下就已致密化了。 – 用 這種 方法可以制 備氮 化硅或 碳 化硅基 納 米 復(fù) 合材料。最后在 1350 oC 1450 oC氮 化 1836小 時 ，得到尺寸精密的 SiCw/Si3N4納 米 復(fù) 合材料。 – 例如，采用微波 燒結(jié) （ Microwave sintering， 簡稱 MS）可制 備 ZrO2/Al2O3納 米 復(fù) 合材料。 自蔓延高 溫 合成 – 自蔓延高 溫 合成法（ Self－ propagation High－ temperature Synthesis， SHS）：按配比混合原料成型點燃 試樣 一端反 應(yīng) 放出大量的 熱試樣 其 它 部分 發(fā) 生反 應(yīng) 反 應(yīng) 完 畢 。 – 比 較 方便的方法是在自蔓延高 溫 合成的同 時進 行加 壓 ，或者把自蔓延高 溫 合成的 產(chǎn) 物粉碎后在成型， 繼 而無 壓燒結(jié) 或 熱壓燒結(jié) 。 2 2 33 4 3 3 2T iO A l C T iC A l O? ? ? ? ? 漿 體法 ? 液 態(tài) 浸 漬 法 ? 溶 膠 凝 膠 法 （ solgel） ? 聚合物 熱 解法 漿 體法 ? 為 了克服 熱壓燒結(jié) 中各材料 組 元，尤其是增強體材料 為納 米晶 須 和 纖維時 混合不均 勻 的 問題 ，可以采用 漿 體法制 備 陶瓷基 納 米 復(fù) 合材料。 漿 體法工 藝 流程如 圖 42。 ? 陶瓷熔體的 溫 度很高，而且粘度通常很大， 這使得浸 漬預(yù) 制件相 當(dāng) 困 難 。 ? 基體 與 增強體材料的 熱 膨 脹 系 數(shù) 必 須 接近，才可以 減 少因收 縮 不同而 產(chǎn) 生的 開 裂。 溶 膠 凝 膠 法（ solgel） ? 將 基體 組 元形成溶 膠 ； ? 然后加入增強體 組 元，即 納 米 級 第二相（如 納米 顆 粒、晶 須 、 纖維 或晶 種 ）， 經(jīng)攪 拌使其在液相中均 勻 分布； ? 當(dāng) 基體 組 元形成凝 膠 后， 這 些增強 組 元 則穩(wěn) 定地均 勻 分布在基體材料中； ? 經(jīng) 干燥或一定 溫 度 熱處 理，然后 壓 制、 燒結(jié) ，即可形成 納 米 復(fù) 合材料。 聚合物 熱 解法 ? 聚合物 熱 解法主要用于制 備 非 氧 化物陶瓷基 復(fù)合材料。 ? 裂解 溫 度 較 低，一般低于 1300 oC，無 壓燒 成，設(shè)備較簡單 ，可避免 納 米增強體 與 陶瓷基體 間的化 學(xué) 反 應(yīng) ，可制 備復(fù)雜 形 狀 的制品。 為 了解 決氣 孔率高的 問題 ，可以采用“ 熱 解＋ 熱壓 ”的方法。 ? CVD是使反 應(yīng) 物 氣 體在加 熱 的增強相 預(yù) 制體中 進 行化 學(xué)反 應(yīng) ，基體生成物沉 積 在增強相表面， 從 而形成陶瓷基復(fù) 合材料。 ? 例如，以 SiCl C4H10和 Ar氣 作 為 沉 積氣 相，在 納 米增強相 預(yù) 制體的 間 隙中沉 積 出 SiC。 – 該 方法 關(guān)鍵 ：在陶瓷基體中均 勻 加入可生成 納 米第二相的元素或化合物，使其在陶瓷基體致密化 過 程中，在原位同 時 生 長 出 納 米 顆 粒、晶 須 和 纖維 等，形成陶瓷基 納 米 復(fù) 合材料。 – 該 方法的 優(yōu) 點：利于制作形 狀復(fù)雜 的 結(jié)構(gòu) 件，成本低，避免人體 與 晶 須 等的直接接 觸 ， 減輕環(huán) 境