材料制備技術(shù)的意義

1、材料制備技術(shù)的意義材料制備技術(shù)課程是金屬材料工程專業(yè)的一門專業(yè)必 修課，內(nèi)容多而雜，相互之間無(wú)連貫性，并且實(shí)踐性強(qiáng)，存在 著一定的教學(xué)難度。這是X為大家整理的材料制備技術(shù)論文， 僅供參考！材料制備技術(shù)論文篇一塊狀金屬納米材料的制備技術(shù)進(jìn)展及展望摘 要 綜述了國(guó)內(nèi)外塊狀納米材料的制備技術(shù)進(jìn)展 及存在的問(wèn)題。提由了超短時(shí)脈沖電流直接晶化法和深過(guò)冷 直接晶化法兩類潛在的塊狀金屬納米晶制備技術(shù)，并對(duì)今后 的研究及 發(fā)展前景進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞 納米晶塊體 材料制備 非晶晶化 機(jī)械合 金化深過(guò)冷DEVELOPMENOF BULK METAL NANOMETEMATERIALS PREPARATION TE

2、CHNOLOGIES AND THEiR ESTIMATEABSTRACT Onthe 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 the end,the development and ap

3、plication prospects ofvarious methods are also estimated.KEYWORDSbulk nanometer material,preparation of materials,crystallizationofamorphousalloys,mechanical alloying,high undercoolingCorrespondent:Zhang Zhenzhong Northwestern Polytechnical University,State key Laborotry of Solidification Processing

4、 Xi'an 710072自80年代初德國(guó)科學(xué)家成功地采用惰性氣體凝聚原位 加壓法制得純物質(zhì)的塊狀納米材料后1,納米材料的研究及其制備技術(shù)在近年來(lái)引起了世界各國(guó)的普遍重視。由于納 料材料具有獨(dú)特的納米晶粒及高濃度晶界特征以及由此而 產(chǎn)生的小尺寸量子效應(yīng)和晶界效應(yīng)，使其表現(xiàn)由一系列與普 通多晶體和非晶態(tài)固體有本質(zhì)差別的力學(xué)、磁、光、電、聲 等性能2,使得對(duì)納米材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能及其應(yīng)用 研究成為90年代材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)。為使這種新型材料 既有利于理論研究，又能在實(shí)際中拓寬其使用范圍，探索高 質(zhì)量的三維大尺寸納米晶體樣品的制備技術(shù)已成為納米材 料研究的關(guān)鍵之一。本文綜述國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有塊狀

5、金屬納米材料 的制備技術(shù)進(jìn)展，并提由今后可能成為塊狀金屬納米材料制 備的潛在技術(shù)。1現(xiàn)有塊狀金屬納米材料的制備技術(shù)惰性氣體凝聚原位加壓成形法該法首先由教授提由1,其裝置主要由蒸發(fā)源、液氮冷卻的納米微粉收集系統(tǒng)、刮落輸運(yùn)系統(tǒng)及原位加壓成形 （燒結(jié)）系統(tǒng)組成。其制備過(guò)程是：在高真空反應(yīng)室中惰性氣 體保護(hù)下使金屬受熱升華并在液氮冷鏡壁上聚集、凝結(jié)為納 米尺寸的超微粒子，刮板將收集器上的納米微粒刮落進(jìn)入漏 斗并導(dǎo)入模具，在10-6Pa高真空下，加壓系統(tǒng)以15GPa的壓力使納米粉原位加壓（燒結(jié)）成塊。采用該法已成功地制 得 Pd、Cu、Fe、Ag、M& Sb、Ni3Al、NiAl、TiAl、Fe

6、5Si95 等合金的塊狀納米材料3 o近年來(lái)，在該裝置基礎(chǔ)之上， 通過(guò)改進(jìn)使金屬升華的熱源及方式（如采用感應(yīng)加熱、等離子體法、電子束加熱法、激光熱解法、磁濺射等 ）以及改良 其它裝備，可以獲得克級(jí)到幾十克級(jí)的納米晶體樣品。納米 超飽和合金、納米復(fù)合材料等也正在利用此法研究之中。目 前該法正向多組分、計(jì)量控制、多副模具、超高壓力方向發(fā) 展。該法的特點(diǎn)是適用范圍廣，微粉表面潔凈，有助于納米 材料的理論研究。但工藝設(shè)備復(fù)雜，產(chǎn)量極低，很難滿足性 能研究及應(yīng)用的要求，特別是用這種方法制備的納米晶體樣 品存在大量的微孔隙，致密樣品密度僅能達(dá)金屬體積密度的 753 90%這種微孔隙對(duì)納米材料的結(jié)構(gòu)性能研究

7、及莫些性 能的提高十分不利。近年來(lái)，盡管發(fā)展了一些新的納米粉制 備方法如電化學(xué)沉積 4、電火花侵蝕（spark erosion）5等方法，但與這些方法相銜接的納米粉的分散、表面處理及 成型方法尚未得到發(fā)展。機(jī)械合金研磨（MA）結(jié)合加壓成塊法MA法是美國(guó)INCO公司于60年代末發(fā)展起來(lái)的技術(shù)。 它 是一種用來(lái)制備具有可控微結(jié)構(gòu)的金屬基或陶瓷基復(fù)合粉 末的高能球磨技術(shù)：在干燥的球型裝料機(jī)內(nèi)，在高真空Ar2氣保護(hù)下，通過(guò)機(jī)械研磨過(guò)程中高速運(yùn)行的硬質(zhì)鋼球與研磨 體之間相互碰撞，對(duì)粉末粒子反復(fù)進(jìn)行熔結(jié)、斷裂、再熔結(jié) 的過(guò)程使晶粒不斷細(xì)化，達(dá)到納米尺寸6 o然后、納米粉再采用熱擠壓、熱等靜壓等技術(shù) 7加壓

8、制得塊狀納米材料。 研究表明，非晶、準(zhǔn)晶、納米晶、超導(dǎo)材料、稀土永磁合金、 超塑性合金、金屬間化合物、輕金屬高比強(qiáng)合金均可通過(guò)這 一方法合成。該法合金基體成分不受限制、成本低、產(chǎn)量大、工藝簡(jiǎn) 特，特別是在難熔金屬的合金化、非平衡相的生成及開(kāi)發(fā)特 殊使用合金等方面顯示由較強(qiáng)的活力，該法在國(guó)外已進(jìn)入實(shí) 用化階段。如美國(guó)INCO公司使用的球磨機(jī)直徑為 2m,長(zhǎng)3項(xiàng) 每次可處理約1000kg粉體，這樣的球磨機(jī) 1993年在美國(guó)安 裝有七座，英國(guó)安裝有二座，大多用來(lái)加工薄板、厚板、棒 材、管材及其它型材。近年來(lái)，該法在我國(guó)也獲得了廣泛的 重視。其存在的問(wèn)題是研磨過(guò)程中易產(chǎn)生雜質(zhì)、污染、氧化 及應(yīng)力，很難

9、得到潔凈的納米晶體界面，對(duì)一些基礎(chǔ)性的研究工作不利。非晶晶化法該法是近年來(lái)發(fā)展極為迅速的一種新工藝，它是通過(guò)控 制非晶態(tài)固體的晶化動(dòng)力學(xué)過(guò)程使晶化的產(chǎn)物為納米尺寸 的晶粒。它通常由非晶態(tài)固體的獲得和晶化兩個(gè)過(guò)程組成。非晶態(tài)固體可通過(guò)熔體激冷、高速直流濺射、等離子流霧化、固態(tài)反應(yīng)法等技術(shù)制備，最常用的是單輯或雙輻旋淬法。由 于以上方法只能獲得非晶粉末、絲及條帶等低維材料，因而 還需采用熱模壓實(shí)、熱擠壓或高溫高壓燒結(jié)等方法合成塊狀 樣品8。晶化通常采用等溫退火方法，近年來(lái)還發(fā)展了分 級(jí)退火9、脈沖退火10、激波誘導(dǎo)11等方法。目前， 利用該法已制備由 Ni、Fe、Co> Pd基等多種合金系列

10、的納 米晶體，也可制備由金屬間化合物和單質(zhì)半導(dǎo)體納米晶體， 并已發(fā)展到實(shí)用階段。此法在納米軟磁材料的制備方面應(yīng)用 最為廣泛。值得指由的是，國(guó)外近年來(lái)十分重視塊體非晶的 制備研究工作，繼、等采用真空吸鑄法及合金射流法制備由Mg-La-TM、La-Al-TM、Zr-Al-TM 系非晶塊體之后，近幾 年日本以Inoue為代表的研究小組在非晶三原則指導(dǎo)下，又 成功地采用合金射流成形及深過(guò)冷與合金射流成形相結(jié)合的方法制備了厚度分別為 2mm 3mm 12mm 15mm 40mm 72mm 的Fe-(Al,Ga)-(P,C,B,Si,Ge)12、(Fe,Co,Ni)70Zr8B20Nb213、(Nd,Pr

11、)-Fe-(Al,Ga)14 Zr-Al-Cu-Ni15 、Pd-Cu-Si-B16 系的非晶塊體。我國(guó)北 京科技大學(xué)的何國(guó)、陳國(guó)良最近也采用合金射流成形法獲 得？8mm 17的非晶塊體，這些研究結(jié)果為該法制備及應(yīng)用 塊體納米材料注入了極大生機(jī)。該法的特點(diǎn)是成本低，產(chǎn)量大，界面清潔致密，樣品中 無(wú)微孔隙，晶粒度變化易控制，并有助于研究納米晶的形成 機(jī)理及用來(lái)檢驗(yàn)經(jīng)典的形核長(zhǎng)大理論在快速凝固條件下應(yīng) 用的可能性。其局限性在于依賴于非晶態(tài)固體的獲得，只適 用于非晶形成能力較強(qiáng)的合金系。高壓、高溫固相淬火法該法是將真空電弧爐熔煉的樣品置入高壓腔體內(nèi)，加壓 至數(shù)GPa后升溫，通過(guò)高壓抑制原子的長(zhǎng)程擴(kuò)散

12、及晶體的生 長(zhǎng)速率，從而實(shí)現(xiàn)晶粒的納米化，然后再?gòu)母邷叵鹿滔啻慊?以保留高溫、高壓組織。胡壯麒等利用此法已獲得 ？4X3(mm) 的 Cu60Ti40 及？3X3(mm)的 Pd78Cu6Si16 晶粒尺寸為 10 20(nm)的納米晶樣品18 ,19。該法的特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)便，界 面清潔，能直接制備大塊致密的納米晶。其局限性在于需很 高的壓力，大塊尺寸獲得困難，另外在其它合金系中尚無(wú)應(yīng) 用研究的報(bào)道。大塑性變形與其它方法復(fù)合的細(xì)化晶粒法大塑性變形方法在采用大塑性變形方法制備塊狀金屬納米材料方面，俄羅斯科學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開(kāi)展了卓有成效的研究工作，早 在90年代初，他們就發(fā)現(xiàn)采用純剪切大變形方法可

13、獲得亞 微米級(jí)晶粒尺寸的純銅組織20,近年來(lái)他們?cè)诎l(fā)展多種塑 性變形方法的基礎(chǔ)上，又成功地制備了晶粒尺寸為20200(nm)的純 Fe、d限 Fe-C-Mn-Si-V 低合金鋼、Al-Cu-Zr、 Al-Mg-Li-Zr 、Mg-Mn-Ce、Ni3Al 金屬間化合物、 Ti-Al-Mo-Si21-23等合金的塊體納米材料。塑性變形加循環(huán)相變方法1996年我國(guó)趙明、張秋華等24將碳管爐中瀛氣保護(hù)下 熔煉的Zn78Al22超塑性合金，經(jīng)固溶處理后通過(guò)小塑性變 形和循環(huán)相變(共析轉(zhuǎn)變)，獲得了晶粒尺寸為100300(nm) 的塊狀納米晶體。該方法與其他方法相比具有適用范圍寬，可制造大體積 試樣，試樣

14、無(wú)殘留縮松(孔)，可方便地利用掃描電鏡詳細(xì)研 究其組織結(jié)構(gòu)及晶粒中的非平衡邊界層結(jié)構(gòu)，特別有利于研 究其組織與性能的關(guān)系等特點(diǎn)并可采用多種變形方法制備 界面清潔的納米材料，是今后制備塊體金屬納米材料很有潛 力的一種方法。如將此法與粉末冶金及深過(guò)冷等技術(shù)相結(jié) 合，則可望利用此法制備金屬陶瓷納米復(fù)合材料21,并拓寬其所能制備的合金成份范圍。除以上主要方法外，近年來(lái)還發(fā)展的有噴霧沉積法、離 子注入法等塊體金屬納米材料制備技術(shù)，在此不再一一贅述。2直接制備塊狀納米晶的潛在技術(shù)脈沖電流直接晶化法近年來(lái)，關(guān)于脈沖電流對(duì)金屬凝固組織的影響已屢見(jiàn)報(bào)道：80年代，印度學(xué)者首先在Pb68Sb15Sn7共晶及 Pb

15、87Sb10Sn3亞共晶合金中通以 40mA/cm2的直流電，發(fā)現(xiàn)凝 固后組織明顯細(xì)化25,等人在 Sn85Pb15合金凝固過(guò)程中 通脈沖電流后，也發(fā)現(xiàn)凝固組織細(xì)化且發(fā)生枝晶向球狀晶轉(zhuǎn)變26,等研究了高密度脈沖電流對(duì)Sn60Pb40和Sn63Pb37合金凝固組織的影響27 o結(jié)果證實(shí)，脈沖電流可增加過(guò)冷 度，并可使共晶的晶粒度降低一個(gè)數(shù)量級(jí)，且晶粒度隨脈沖 電流密度增加而降低。周本濂等不僅在實(shí)驗(yàn)上研究了脈沖電流對(duì)合金凝固組織的影響28,而且在理論上用經(jīng)典熱力學(xué) 和連續(xù)介質(zhì)電動(dòng)力學(xué)對(duì)脈沖電流作用熔體的結(jié)晶成核理論和結(jié)晶晶粒尺寸的計(jì)算作了深入研究29 , 30,指由脈沖電流密度達(dá)到/m2時(shí)，在理論

16、上可獲得大塊納米晶，按該理論 對(duì)Sn60Pb40合金進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值基本一致。由于 理論上要求的一些金屬納米化的臨界脈沖電流密度在工程 上能夠達(dá)到且與實(shí)驗(yàn)值基本符合，加之脈沖電流的快速弛豫 特點(diǎn)可限制納米晶粒的長(zhǎng)大，使作者相信，隨著脈沖電流對(duì) 金屬凝固影響機(jī)制的進(jìn)一步研究及實(shí)驗(yàn)裝置的進(jìn)一步完善， 超短時(shí)脈沖電流處理在莫些合金上有可能使熔體直接冷凝 成大塊納米晶材料，并成為直接晶化法制備納米晶材料的潛 在技術(shù)之一。深過(guò)冷直接晶化法快速凝固對(duì)晶粒細(xì)化有顯著效果的事實(shí)已為人所知。急 冷和深過(guò)冷是實(shí)現(xiàn)熔體快速凝固行之有效的兩條途徑。急冷 快速凝固技術(shù)由于受傳熱過(guò)程限制只能生產(chǎn)由諸如薄帶、細(xì) 絲或

17、粉體等低維材料而在應(yīng)用上受到較大的限制。深過(guò)冷快 速凝固技術(shù)，通過(guò)避免或清除異質(zhì)晶核而實(shí)現(xiàn)大的熱力學(xué)過(guò) 冷度下的快速凝固，其熔體生長(zhǎng)不受外界散熱條件控制 31,其晶粒細(xì)化由熔體本身特殊的物理機(jī)制所支配，它已 成為實(shí)現(xiàn)三維大體積液態(tài)金屬快速凝固制備微晶、非晶和準(zhǔn) 晶材料的一條有效途徑35 o由于深過(guò)冷熔體的凝固組織與 急冷快速凝固組織具有很好的相似性36并且國(guó)外已在Fe-Ni-Al、Pd-Cu-Si37等合金中利用急冷快速凝固獲得納 米組織，另外，近年來(lái)周堯和、楊根倉(cāng)教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組在 Ni-Si-B 合金中利用深過(guò)冷方法已制備由晶粒尺寸約為 200nm的大塊合金，并已探討由多種合金系有效的熔體

18、凈化 方法，加之作者近期又在 Fe-B-Si系共晶合金中利用深過(guò)冷 及深過(guò)冷加水淬方法成功地制備了幾十200nm,?11 x 10(mm)的塊狀納米材料，見(jiàn)圖 1a、圖1b所示，因此有理由 相信，通過(guò)進(jìn)一步研究深過(guò)冷晶粒細(xì)化的物理機(jī)制，進(jìn)而為 深過(guò)冷晶粒的納米化設(shè)想提供理論基礎(chǔ)，同時(shí)研究由各種實(shí) 用合金的熔體凈化技術(shù)以及深過(guò)冷與其它晶粒細(xì)化技術(shù)相 結(jié)合的復(fù)合制備技術(shù)，深過(guò)冷方法可望成為塊體金屬納米材 料制備新的實(shí)用技術(shù)。從目前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，深過(guò)冷晶粒 細(xì)化的程度與合金的化學(xué)成分、相變類型、熔體凈化所獲得 熱力學(xué)過(guò)冷度的大小及凝固過(guò)程中的組織粗化密切相關(guān)。為 進(jìn)一步提高細(xì)化效果，除精心的設(shè)計(jì)合

19、金的化學(xué)成分之外， 發(fā)展更有效的凈化技術(shù)是關(guān)鍵，另外探索深過(guò)冷技術(shù)與急 冷、塑性變形及高壓技術(shù)等相結(jié)合的復(fù)合細(xì)化技術(shù)，可望進(jìn) 一步拓寬深過(guò)冷直接晶化法制備納米晶的成分范圍。相信通 過(guò)今后的不懈努力，該技術(shù)將會(huì)成為塊狀納米晶制備的又一 實(shí)用化技術(shù)。3展望縱觀納米材料的研究發(fā)展，不難看由，納米材料的推廣 應(yīng)用關(guān)鍵在于塊體納米材料的制備，而塊體金屬納米材料制 備技術(shù)發(fā)展的主要目標(biāo)則是發(fā)展工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)量大適用范圍 寬，能獲得樣品界面清潔，無(wú)微孔隙的大尺寸納米材料制備 技術(shù)。其發(fā)展趨勢(shì)則是發(fā)展直接晶化法納米晶制備技術(shù)。從實(shí)用化角度來(lái)看，今后一段時(shí)間內(nèi)，絕大多數(shù)納米晶 樣品的制備仍將以非晶晶化法和機(jī)械合金

20、化法為主，它們發(fā) 展的關(guān)鍵是壓制過(guò)程的突破。此外在機(jī)械合金化技術(shù)中，尚 需進(jìn)一步克服機(jī)械合金化過(guò)程中所帶來(lái)的雜質(zhì)和應(yīng)力的影 響。對(duì)于能采用塑性變形等技術(shù)可直接獲得亞微米級(jí)晶粒的 合金系，拓寬研究系列，研究生與各種合金成分所對(duì)應(yīng)的實(shí) 用穩(wěn)定的塑性變形及熱處理工藝，并全面進(jìn)行該類納米晶材 料的性能研究工作是此類技術(shù)走向?qū)嵱玫漠?dāng)務(wù)之急。從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來(lái)看，高壓高溫固相淬火、脈沖電流和深過(guò)冷直接晶化法以及與之相關(guān)的復(fù)合塊狀納米材料制備技術(shù)及其基礎(chǔ)研究工作，是今后納米材料制備技術(shù)的研究重點(diǎn)。相信隨著塊狀納米材料制備技術(shù)的不斷研究和發(fā)展，在 不遠(yuǎn)的將來(lái)會(huì)有更多的納米材料問(wèn)世，并產(chǎn)生巨大的社會(huì)、 經(jīng)濟(jì)效益。參考

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26、line B H,Gaessen B C,Cohen Published 1982 byElsevier Science publishing Co Inc:15 31材料制備技術(shù)論文篇二鴇銅復(fù)合材料制備技術(shù)初探摘要：鴇具備高熔點(diǎn)、高密度、高強(qiáng)度、低膨脹系數(shù) 等特點(diǎn)，而銅則具備良好的導(dǎo)熱性與導(dǎo)電性。鴇銅復(fù)合材料 兼有鴇與銅之優(yōu)點(diǎn)，也就是說(shuō)具備高密度、良好導(dǎo)熱導(dǎo)電性、 小膨脹系數(shù)等有時(shí)，所以被廣泛應(yīng)用于制作電接觸材料以及 電極材料。鑒于全球電器業(yè)、電子業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)于鴇銅 復(fù)合材料的需求數(shù)量也在變得愈來(lái)愈大。因此，加強(qiáng)鴇銅復(fù) 合材料制備技術(shù)的研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。分析鴇銅 復(fù)合材料制備技

27、術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。著重論述鴇銅復(fù)合材料的制備方法，并探討鴇銅復(fù)合材 料制備技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞： 鴇銅復(fù)合材料；制備技術(shù)；制備方法中圖分類號(hào)：TB331文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào):1671-7597(20XX)0210146-02所謂鴇銅復(fù)合材料，是指以高熔點(diǎn)與高硬度的鴇，結(jié)合 以高塑性、高導(dǎo)電導(dǎo)熱性的銅粉作為原料，運(yùn)用粉末冶金技 術(shù)而制備由來(lái)的一種復(fù)合型材料。這種材料具有較高的導(dǎo)電 導(dǎo)熱性，良好的耐電弧侵蝕性與抗熔焊性，較高的強(qiáng)度與硬 度等眾多優(yōu)勢(shì)，被廣泛地應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電器、電加工電極、電 子封裝及高密度合金等產(chǎn)品之中。由于鴇銅復(fù)合材料的運(yùn)用 范圍正在變得越來(lái)越廣闊，這在客觀上對(duì)于鴇銅復(fù)合材料之設(shè)計(jì)與

28、制備提由了新的更高的要求。1鴇銅復(fù)合材料制備技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀鑒于現(xiàn)代科技的高速發(fā)展，對(duì)于鴇銅復(fù)合材料所具有的 性能也提由了新的要求，那就是致密度和散熱率要高，導(dǎo)電 導(dǎo)熱要好等等。但是，傳統(tǒng)粉末冶金與熔滲法所制備的鴇銅 復(fù)合材料已無(wú)法滿足以上要求。納米鴇銅復(fù)合材料因?yàn)榫哂?眾多傳統(tǒng)鴇銅復(fù)合材料所難以比擬的性能。比如，可以提高 鴇銅復(fù)合材料的固溶度，極大地提高燒結(jié)的活性，并且降低 燒結(jié)的溫度，提升燒結(jié)的致密度，以上這些均將提高鴇銅復(fù) 合材料的性能。因?yàn)榧{米技術(shù)在快速發(fā)展，所以在納米鴇銅 復(fù)合材料在制備方法上由現(xiàn)了新的突破，比如，功能梯度、 劇烈塑性變形等被運(yùn)用在鴇銅復(fù)合材料制備上，使鴇銅復(fù)合 材料制

29、備技術(shù)有新的發(fā)展。2鴇銅復(fù)合材料的制備方法普通燒結(jié)法這種方法屬于傳統(tǒng)意義上的粉末冶金制備方法。其制備 步驟如下：一是要把鴇粉與銅粉進(jìn)行稱量與混合，隨后再壓 制成形與燒結(jié)。普通燒結(jié)法的工藝較為簡(jiǎn)單，成本偏低，然 而這一燒結(jié)方式因?yàn)闇囟容^高，所以容易由現(xiàn)鴇晶粒較為粗 大之問(wèn)題，因而難以獲得成分均勻的那種合金。通過(guò)實(shí)施機(jī) 械合金化，能夠讓粉末在壓制與燒結(jié)之前得到原子級(jí)標(biāo)準(zhǔn)上 的均勻與混合。這種在鴇粉中有銅粉存在的一種復(fù)合粉，在稍微高于銅熔點(diǎn)之上的溫度在短時(shí)間內(nèi)燒結(jié)，就能得到94%以上致密度的鴇銅復(fù)合材料，特別是適合低銅含量的鴇銅材 料之制備。因?yàn)槌?xì)粉末的表面活性較高，能夠在較低的燒 結(jié)溫度上與較短

30、的燒結(jié)時(shí)間條件內(nèi)來(lái)得到致密化。把鴇銅粉 末的原料在高溫之下進(jìn)行氧化以后，通過(guò)三至六個(gè)小時(shí)的高 能球磨，再在 630c的條件下還原以得到 以m之下均勻分散 的一種鴇銅復(fù)合粉。把這種復(fù)合粉在1200c的高溫?zé)Y(jié) 60分鐘之后得到鴇銅合金，致密度達(dá)到了因?yàn)槠胀Y(jié)設(shè)備的要求并不夠高，而且工藝相對(duì)較為簡(jiǎn)單。因此，這一方 法所制備的鴇銅材料只能運(yùn)用于對(duì)于材料性能要求并不高的一些地方。熔滲法這一方法的制備步驟如下：先那鴇粉或者添加混有少量 引導(dǎo)銅粉的鴇粉制作成為壓坯，隨后在還原氣氛或者真空當(dāng) 中，在900 c至950 c的條件之下進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，從而得到相 當(dāng)強(qiáng)度的多孔鴇骨架。把塊狀銅金屬或者壓制好的銅坯放在

31、 多孔鴇骨架之上或者之下，在高于銅熔點(diǎn)之上的溫度實(shí)施的 燒結(jié)被稱之為熔滲，而把多孔鴇骨架全部浸沒(méi)于熔點(diǎn)比較低 的銅熔液之中所得到的致密產(chǎn)品辦法就是熔浸。銅熔液在多 孔鴇骨架毛細(xì)管的作用用，通過(guò)滲入鴇骨架中的孔隙當(dāng)中， 從而形成了銅的網(wǎng)絡(luò)分布。熔滲密度一般的理論密度為97%至98%,由于燒結(jié)骨架當(dāng)中總是會(huì)存在著非常少的封閉孔隙無(wú)法為熔滲金屬所填充，而在熔滲之后還可通過(guò)冷加工與熱 加工進(jìn)一步地提高材料的密度。當(dāng)前，這一種工藝方法已經(jīng) 被一些大、中型高壓斷路器與真空開(kāi)關(guān)鴇基觸頭生產(chǎn)當(dāng)中得 到運(yùn)用。但是，熔浸法的工藝技術(shù)難度相對(duì)較高，所得到的 觸頭材料成分較為均勻，而且性能也比較好。熱壓燒結(jié)法熱壓燒結(jié)

32、法又被之稱為加壓燒結(jié)法，也就是將粉末裝到 模腔之中，并在加壓同時(shí)讓粉末能夠加熱到正常的燒結(jié)溫度 或者更低一些的溫度。在通過(guò)比較短時(shí)間的燒結(jié)之后，能夠 得到致密而且均勻的制成品。熱壓燒結(jié)法是把壓制與燒結(jié)這 兩道工序在同時(shí)加以完成，并能在比較低的壓力之下快速得 到冷壓燒結(jié)狀態(tài)之下所難以得到的密度。然而，熱壓燒結(jié)工 藝對(duì)于模具的要求比較高，而且耗費(fèi)比較大，而單件生產(chǎn)的 效率又相對(duì)較低，所以，在實(shí)際生產(chǎn)中并不是經(jīng)常用到的。比如，在1800c下的爐膛壓力是 18N/mm3在2h的條件之 下獲得的材料理論密度達(dá)到了 %而富銅端的銅含量最高值 是對(duì)于鴇銅復(fù)合材料來(lái)說(shuō)，熱壓燒結(jié)法還需要得到氫氣 保護(hù)或者真空燒

33、結(jié)，因此生產(chǎn)的成本比較高?；罨療Y(jié)法一般來(lái)說(shuō)，為了加快鴇銅復(fù)合材料在燒結(jié)當(dāng)中的致密化 進(jìn)程，完全可通過(guò)添加其他類別的合金元素這種方法來(lái)加以 實(shí)現(xiàn)。比如，Co與Fe的活化燒結(jié)效果是最好的。究其原因就在于Co與Fe在銅當(dāng)中的溶解度是有限的， 可以和鴇在燒 結(jié)時(shí)形成較為穩(wěn)定的中間相，并且形成大量具有高擴(kuò)散性的 界面層，并且促進(jìn)固相鴇顆粒之燒結(jié)。對(duì)于 W-10Cu材料來(lái) 說(shuō)，F(xiàn)e或者Co含量在癱之時(shí)，它的密度、強(qiáng)度與硬度由 現(xiàn)了最佳結(jié)果。同時(shí)，加入到活化劑之中的方式具有多樣性。 把鴇粉直接加入到含有活化劑離子的鹽溶液當(dāng)中，隨后在低 溫之下進(jìn)行烘干，從而能夠得到表面較為均勻的活化劑所覆 蓋的鴇顆粒。其后

34、，再對(duì)已經(jīng)經(jīng)過(guò)化學(xué)涂層處理的粉末壓坯 加以燒結(jié)，從而得到了致密度達(dá)到97%勺復(fù)合材料。然而，活化劑之加入也就相當(dāng)于引入了雜質(zhì)元素，從而導(dǎo)致材料在 導(dǎo)電與導(dǎo)熱之時(shí)的電子散射作用有所增加，而且明顯地使鴇 銅復(fù)合材料所具有的熱導(dǎo)性與電導(dǎo)性有所下降。有鑒于此， 采取活化燒結(jié)法制備的鴇銅復(fù)合材料所具有的最大不足就 是降低了鴇銅材料所具有的導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性。然而，因?yàn)檫@ 一方法較為簡(jiǎn)單，而且生產(chǎn)成本偏低，對(duì)于一些性能要求相 對(duì)較低的鴇銅產(chǎn)品依然具有一定的生命力。注射成形法通過(guò)注射成形法所生產(chǎn)由來(lái)的鴇銅復(fù)合材料主要有以 下兩種方法：其一是運(yùn)用鴇銅混合粉加以注射成形，其后再 進(jìn)行直接燒結(jié)。比如，在對(duì)納米鴇銅復(fù)合

35、粉實(shí)施注射成形所 得到的 W-30Cu的主要參數(shù)所進(jìn)行的研究。通過(guò)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)， 就能得到粉末填充量是體積分?jǐn)?shù)為45癱50%勺注射成形坯,而且直接燒結(jié)之后的成品密度要高于96%其二是首先注射成形鴇坯，隨后再通過(guò)熔滲進(jìn)行燒結(jié)，比如，在對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù) 分別為10% 15% 20%勺鴇銅材料實(shí)施注射成形，粉末填充 量的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到了 52%在經(jīng)過(guò)了兩步脫脂之后，在1150 c 的高溫下預(yù)燒結(jié)鴇坯 30分鐘，最后再在1150 C的高溫下熔 滲5分鐘，其中，W-15Cu在熔滲之后的致密度就達(dá)到了 99% 對(duì)于鴇銅復(fù)合材料而言，通過(guò)注射成形的最大優(yōu)勢(shì)就在于大 批量地生產(chǎn)小型而復(fù)雜的零件或者細(xì)長(zhǎng)的棒材。功能梯度法對(duì)

36、于鴇銅功能梯度材料所進(jìn)行的研究，主要來(lái)自于傳統(tǒng) 均質(zhì)材料所難以滿足的高功率等條件。鴇銅功能梯度材料的 一端可以是高熔點(diǎn)與高硬度的鴇或者高鴇含量的鴇銅復(fù)合 材料，而另一端則是高導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、可塑性的銅或者較 低鴇含量的鴇銅復(fù)合材料，而中間則是成分進(jìn)行連續(xù)變化的 一個(gè)過(guò)渡層。這樣一來(lái)就能較好地緩和因?yàn)轼d和銅的熱性能 不相匹配而導(dǎo)致的熱應(yīng)力，這在整體上具有比較好的力學(xué)性 質(zhì)與抗燒蝕性、抗熱震性等各種性能。據(jù)報(bào)道，可以運(yùn)用熱 等靜壓擴(kuò)散連接等方法，把不同組織的鴇銅復(fù)合材料結(jié)合成 為功能梯度材料。同時(shí)，一部分特殊成形工藝也能實(shí)現(xiàn)的成 分梯度進(jìn)行分布。比如，進(jìn)行等離子噴涂，開(kāi)展激光熔覆， 實(shí)施電泳沉積與

37、離心鑄造等等。功能梯度之中心在于材料所 具有的功能梯度設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，因而可以借助于數(shù)學(xué)計(jì)算方法與計(jì)算機(jī)分析軟件進(jìn)行輔助實(shí)施。劇烈塑性變形法這種方法完全是近年來(lái)逐步地發(fā)展起來(lái)的，是一種十分 獨(dú)特的運(yùn)用超微粒子，即納米晶、亞微晶等金屬及其合金材 料所制備由來(lái)的工藝。它在材料當(dāng)中處在相對(duì)比較低的溫度 環(huán)境之中，一般是低于。在比較大的外部壓力作用之下，可 以發(fā)生較為嚴(yán)重的塑性變形，從而實(shí)現(xiàn)材料晶粒尺寸的細(xì)化 至亞微米級(jí)或者納米量級(jí)，這一方法具備十分強(qiáng)烈的細(xì)化晶 粒之能力，甚至還能把晶體加工成為非晶體。當(dāng)前，學(xué)術(shù)界 研究比較多的劇烈塑性變形法主要有以下方法，比如，累計(jì) 軋合的方法、等通道角擠壓的方法、

38、高壓扭轉(zhuǎn)的方法。其中， 高壓扭轉(zhuǎn)法的重要裝置由模具與壓頭組合而成，其一端是固 定的，而另一端則是運(yùn)動(dòng)的，試樣會(huì)被放置在模具當(dāng)中，其 后再靠近壓頭與模具，在數(shù)個(gè) GPa壓力之下進(jìn)行扭轉(zhuǎn)變形。 試樣在壓頭旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的剪切力的影響之下，材料沿著半徑 方向上的不同位置進(jìn)行晶粒細(xì)化的速率是不一致的，材料邊 緣部分的晶粒細(xì)化速率是最快的，在達(dá)到了一定的尺寸之后 就不再細(xì)化，材料組織主要是沿著半徑朝中心方向不斷細(xì) 化，一直到樣品組織更加地均勻。盡管材料中的心位置理論 應(yīng)變量還是零，但是因?yàn)槭艿搅怂闹懿牧现畮?dòng)，其上、下 部分也由現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)剪切的變形，所以，中心位置晶粒同樣也 被細(xì)化了。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)于原始鴇晶粒的尺寸是 2至10以m,而且晶粒的分布不均勻的 W-25%Cu運(yùn)用高壓扭轉(zhuǎn)的方 法。W-25%Cu的試樣直徑達(dá)到了 8mm其厚度則是，所施加 的壓