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纳米工艺在冶金中的主要应用

2016/2/5 8:24:40 来源:中国钢铁产业网信息中心 编辑:Lucia

    1 纳米工艺的目标

    实际的纳米工艺计划解决2个主要问题。

    先,它们可能使设备和仪器进一步微型化。特别是借助不同组织或用喷涂获得极薄的薄膜,可以在很小的体积内形成要求的性能。移动电话就是很好的例子。这些多功能设备能进行摄像和摄影,进行声波记录等。纳米工艺在医学中的任务同样重要。有可能制造新一代的诊断仪器:微型传感器,甚至特定类型的微型计算机。它们能移动到人体内,以便传递内部器官状态最准确可靠的信息。应用药剂的纳米脉冲和纳米剂量,预示着成功医治最复杂的和现今的不治之症。

    尺寸效应在电子学和光学仪器中会产生巨大优势。航天和航空技术装备应用纳米材料和纳米工艺很有前景。因为,这些地方设备的重量和尺寸问题具有决定意义。

    第2个任务是获得具有全新性能的材料,它们是用传统方法不能获得的。表面、晶间及相间界面,对于很小尺寸的致密微粒或相,起着特别重要的作用。它们可能占总体积的50%,甚至占物质的主要重量。在许多情况下,微粒或纳米晶体的发达表面,会在质量上产生新的物理、化学和力学性能。纳米微粒组成的材料,特别是在一定的条件下,显示出全新的导电、磁性、光学及其他特性。例如,纳米粉末开始自然发光,另外与周围环境相互作用,甚至能改变自己相成分。借助纳米工艺可以目标明确地利用性能的这种突变效应。

    2 纳米工艺发展

    采用常规的工艺也可以获得纳米效应。例如,俄罗斯科学院固体物理研究所用大的总压下量多次轧制方法,获得由几千层极薄(10nm)层组成的、铜和铌复层带材试样,具有极好的超导性能。由此可以得出结论:现代冶金设备(轧机、热处理炉等)能获得纳米材料产品。

    生产的纳米产品有80%以上是纳米粉末。在20世纪50年代,就已经开始得到应用,在采用“纳米”术语前称为超细度粉末。在俄罗斯,首先是М、И、特鲁索夫等对这方面的发展作出了强有力的贡献。他们在制造钚的工艺过程中能够获得小于100nm的微粒。   现代纳米材料可以分成几类:纳米晶组成的物质;很小厚度的纳米表层;纳米尺寸微粒组成的纳米粉末。这不是现代纳米材料的全部类型。

    应指出具有很小尺寸,即小于100nm,不是确定某一具体工艺为纳米工艺的充分理由。在很久以前,纳米工艺就已得到应用。在中世纪制造带彩色绘画的玻璃时,使用添加超细度金属微粒的方法,达到改变玻璃颜色的目的。神奇的大马士革钢独特的性能,应归功于按一定制度锻造产生的纳米组织;而著名的金箔实质就是由实体材料制成纳米薄膜镀层。目前使用术语“纳米组织材料”,表示这种材料成分中有相应尺寸的微粒或其他组织元素(不必是晶粒)。例如,在高速切削钢中,形式上也可以说是纳米微粒的超细碳化物保证了强化效应。然而,性能的变化,显然才是某种材料和工艺可以确定为“纳米”的决定标准。

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