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高能球磨法的基础研究现状

11/09/16  浏览:

高能球磨技术问世后,研究者们在合成各种新材料的同时,也致力于其作用机理的研究。截至目前为止,研究得最多的是体系介稳相变的热力学和动力学机制。
介稳相变的热力学、动力学分析
    对机械研磨过程中非晶合金的形成,目前有两种主要机制:
    (1)固态反应非晶化。Schwarz,Hellstern等详细研究过机械合金化中的非晶化过程,发现在初始阶段时,粉末在球的碰撞作用下,形成两种元素的复合结构,并随进一步球磨逐渐精细化,进而发生固相扩散及固相反应。在此基础上,他们认为,非晶化的条件是大而负的混合热及元素的非对称扩散行为。大而负的混合热是相变驱动力;非对称扩散行为有助于抑制晶体金属间化合物的成核与长大,是形成非晶相的动力学条件。Bakker发现非对称快速扩散行为与体系原子体积比有对应关系,经电荷迁移效应修正的原子体积比愈小,非对称扩散效应愈强烈。于是,Weeker和Bakker提出,两元素有大而负的混合热及较小的原子体积比是机械合金化形成二元非晶合金的条件.
    (2)缺陷机制。在具有正的混合热的合金系统申,由于组分间存在着排斥力,它们很难形成化合物或固溶体。这是用常规熔炼技术也难做到的。但后来发现,MA和MG技术也能使没有明显相变驱动力的金属体系形成非平衡相。为了解释这种“反常”现象,有人提出了缺陷机制,即研磨引入的缺陷增多导致体系混乱度增大而非晶化,而这部分能量是以纳米晶界面能的形式存贮于体系中的。
高能球磨过程的微观应变
    张国俊等通过考察高能球磨过程中粉末的显微硬度变化,研究了过程的微观应变。他们认为,MA过程的微观应变,一是由机械碰撞所引起的塑性变形(包括位错等缺陷的形成),这优先在延性较好的组元中发生。二是原子相互扩散,异类原子溶入晶格所引起的畸变。
    此外,还有入研究过扩散反应、固态反应及冷焊过程的动力学机理,亦得到了很多有用的结论。但是,高能球磨过程中的非晶化是一个非常复杂的过程。随合金体系、初始状态及外界条件的不同,其机制亦不同。对MA或MG的作用机理下定论还为时过早.
高能球磨法在材料合成中的最新应用
    高能球磨法在弥散强化合金、磁性材料、超导合金、金属间化合物及各种非晶、准晶、纳米晶等亚稳态材料中的应用已多有报导,本文不再赘述。在此仅提一提高能球磨法在高聚物、高聚物/陶瓷复合材料中的应用。这将是高能球磨法在未来的一个扩展方向。
    Pan,J.和Shaw,w,J.D,报导了在玻璃化转变温度下用MA技术处理半晶体聚氨,使其分子重组,得到了强度、韧性、刚度和硬度都较常规合成聚氨好得多的制品。Shaw,W.J.D.和Gowler,M.A.用MA技术将PP(聚丙烯)和SiC在高能振动球磨机中,在空气气氛中处理得到了混合均匀的新材料。据称,SiC增加了PP的刚性。
    在国内,对MA、MG的研究还主要集中于粉末冶金和各种金属合金等领域。这几年来,国外在陶瓷、航空复合材料等领域开展了大量的工作,高能球磨法的应用还在进一步扩大。


高能球磨法的基础研究现状

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