致密金屬納米玻璃的球磨制備與結(jié)構(gòu)表征

由納米尺度的玻璃區(qū)域和玻璃/玻璃界面組成的玻璃，叫納米玻璃。納米玻璃是一種(因存在玻璃/玻璃界面)既不同于具有短程有序而長程無序的玻璃、（因存在玻璃區(qū)域）又不同于納米晶粒和晶界組成的納米晶材料的具有全新原子結(jié)構(gòu)的新型材料。本項目基于金屬玻璃發(fā)生非均勻塑性變形時產(chǎn)生的剪切帶上存在更多自由體積，探索開發(fā)完全致密金屬納米玻璃制備技術(shù)。在金屬玻璃中引入高密度剪切帶，當剪切帶之間平均間距達到納米尺度（<100 nm）時，即制得完全致密金屬納米玻璃。通過摸索和優(yōu)化球磨參數(shù)，通過高能球磨，制備出了剪切帶平均間距在100 nm以下、最小間距不大于30 nm的Zr70Cu20Ni10金屬納米玻璃，剪切帶最小間距在40 nm的Cu60Zr30Ti10金屬納米玻璃，剪切帶平均間距在100 nm以下、最小間距在40 nm左右的Cu45Zr30Ti10Ni15金屬納米玻璃。室溫軋制制備了平均剪切帶間距為31 nm的Pd40Ni40P20致密金屬納米玻璃。通過室溫壓縮變形制備了剪切帶間距在100 nm以下的Zr64.13Cu15.75Ni10.12Al10金屬納米玻璃。對上述納米玻璃進行了結(jié)構(gòu)表征，發(fā)現(xiàn)它們均保持非晶結(jié)構(gòu)，沒有出現(xiàn)晶化和分相。對納米玻璃中的自由體積進行了定量研究，發(fā)現(xiàn)與淬態(tài)樣品相比，納米玻璃中平均自由體積明顯增多，最高可增加34%。對Pd40Ni40P20金屬納米玻璃進行了X射線大角散射研究，發(fā)現(xiàn)與鑄態(tài)相比，納米玻璃雙體相關(guān)函數(shù)第一最近鄰峰半高寬明顯較寬，相對強度較??；這說明金屬納米玻璃最近鄰配位數(shù)低于鑄態(tài)，原子排列更加無序。即金屬納米玻璃原子排列無序度比金屬玻璃高。DSC分析和等溫退火處理研究表明，與鑄態(tài)相比，Pd40Ni40P20金屬納米玻璃的熱穩(wěn)定性降低。該項目開發(fā)了塑性變形制備納米玻璃的新技術(shù)，研究了對所制納米玻璃結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性，這些結(jié)果擴展了納米玻璃制備途徑，加深了對納米玻璃結(jié)構(gòu)及熱穩(wěn)定性的理解。 我們完成了該項目計劃研究內(nèi)容，達到了項目預(yù)期目標。

由納米尺度的玻璃區(qū)域和玻璃/玻璃界面組成的玻璃，叫做納米玻璃。納米玻璃是一種(因存在玻璃/玻璃界面)既不同于具有短程有序而長程無序的玻璃、（因存在玻璃區(qū)域）又不同于納米晶粒和晶界組成的納米晶材料的結(jié)構(gòu)全新的新型材料。本項目基于金屬玻璃發(fā)生非均勻塑性變形時產(chǎn)生的剪切帶上存在大量自由體積，探索開發(fā)完全致密金屬納米玻璃制備技術(shù)。將金屬玻璃高能球磨產(chǎn)生剪切帶，當球磨至剪切帶之間平均間距達到納米尺度（<50 nm）時，即制得完全致密金屬納米玻璃。優(yōu)化成分和球磨參數(shù)，制備玻璃/玻璃界面（剪切帶）上自由體積穩(wěn)定的致密金屬納米玻璃。通過不同手段深入分析完全致密金屬納米玻璃的原子排列結(jié)構(gòu)、玻璃/玻璃界面（剪切帶）上的自由體積分布及其穩(wěn)定性，描述納米玻璃的原子排列結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性。納米玻璃的研究將催生納米玻璃新型材料，開拓材料科學(xué)新領(lǐng)域，具有重要的科學(xué)和技術(shù)意義。

本書第1章概述了硬質(zhì)與超硬涂層的定義和特性；第2章簡單介紹

了硬質(zhì)與超硬涂層的常用制備方法和原理；第3章依次介紹了常見的過渡金屬氮化物、碳化物、硼化物和一些金屬氧化物涂層的結(jié)構(gòu)、性能、制備方法和影響涂層性能的因素；第4章依次介紹了金剛石、類金剛石、立方氮化硼、氮化碳、硼碳氮及納米多層結(jié)構(gòu)和納米晶復(fù)合涂層的結(jié)構(gòu)、性能、制備工藝；第5章介紹了硬質(zhì)與超硬涂層常見的增韌技術(shù)；第6章介紹了硬質(zhì)與超硬涂層的厚度、結(jié)構(gòu)、成分及重要性能(如結(jié)合強度、硬度、斷裂韌性、耐磨性、耐腐蝕性等)的表征方法。本書的目的是把硬質(zhì)與超硬涂層的發(fā)展過程、最新研究結(jié)果和應(yīng)用現(xiàn)狀介紹給讀者，使大家進一步了解這一方向發(fā)展現(xiàn)狀及面臨的問題。

第1章緒論

1.1硬質(zhì)與超硬涂層的定義

1.2硬質(zhì)涂層與超硬涂層的種類

1.2.1硬質(zhì)涂層

1.2.2超硬涂層

1.3涂層材料的特殊性

1.3.1表面效應(yīng)明顯

1.3.2涂層與襯底的界面與黏附性

1.3.3涂層中的內(nèi)應(yīng)力

1.3.4涂層的異常結(jié)構(gòu)和非理想化學(xué)計量比

1.3.5涂層的擇優(yōu)取向

1.3.6涂層的納米多層結(jié)構(gòu)和納米晶復(fù)合結(jié)構(gòu)

1.3.7涂層的優(yōu)異的綜合性能

參考文獻

第2章硬質(zhì)與超硬涂層的制備技術(shù)

2.1真空蒸鍍

2.1.1物質(zhì)的熱蒸發(fā)特性和真空蒸鍍原理

2.1.2常見的真空蒸發(fā)裝置

2.1.3真空蒸鍍沉積涂層的工藝

2.2濺射沉積

2.2.1基本原理和特點

2.2.2常用濺射沉積涂層設(shè)備

2.2.3濺射沉積涂層的工藝

2.2.4濺射沉積涂層的應(yīng)用

2.3離子鍍沉積

2.3.1基本原理和特點

2.3.2常見的離子鍍設(shè)備和工作原理

2.3.3電弧離子鍍的工藝參數(shù)

2.3.4電弧離子鍍涂層的應(yīng)用

2.4化學(xué)氣相沉積

2.4.1基本原理和特點

2.4.2常見的PECVD的裝置和工作原理

2.4.3PECVD的工藝

2.4.4PECVD涂層的應(yīng)用

2.5離子束沉積

2.5.1涂層制備中離子束的應(yīng)用

2.5.2離子束輔助沉積

2.5.3低能離子束沉積

2.5.4離子簇束沉積

2.6分子束外延沉積

2.6.1分子束外延的基本原理

2.6.2分子束外延生長的裝置

2.6.3分子束外延生長的工藝

2.6.4分子束外延涂層的應(yīng)用

參考文獻

第3章硬質(zhì)涂層

3.1概述

3.2金屬氮化物涂層

3.2.1Ti-N系列涂層

3.2.2Cr-N系列涂層

3.2.3金屬氮化物的合金化涂層

3.2.4金屬氮化物涂層的制備技術(shù)及相關(guān)工藝

3.2.5影響金屬氮化物涂層微結(jié)構(gòu)和性能的因素

3.2.6其他金屬氮化物系列涂層

3.3金屬碳化物涂層

3.3.1TiC涂層

3.3.2W-C涂層

3.3.3Cr-C涂層

3.4金屬硼化物涂層

3.4.1Ti涂層

3.4.2ZrB2涂層

3.5金屬氧化物涂層

3.5.1Al203涂層

3.5.2ZrO涂層

3.5.3CrO涂層

3.5.4TiO2涂層

3.6其他硬質(zhì)涂層、多層結(jié)構(gòu)涂層及梯度涂層

參考文獻

第4章超硬涂層

4.1金剛石涂層

4.1.1金剛石的晶體結(jié)構(gòu)

4.1.2CVD金剛石涂層的性能及應(yīng)用

4.1.3CVD全剛石涂層生長設(shè)備及工藝

4.1.4CVD金剛石涂層的形核和生長機理

4.1.5CVD金剛石涂層晶型顯露規(guī)律

4.1.6大面積金剛石涂層的生長

4.1.7織構(gòu)(高取向)金剛石涂層的生長

4.1.8金剛石涂層品質(zhì)評價方法

4.2類全剛石(DLC)涂層

4.2.1類金剛石涂層的相結(jié)構(gòu)

4.2.2類金剛石涂層的性能

4.2.3類金剛石涂層的制備方法和相關(guān)工藝

4.2.4類金剛石涂層的生長機理

4.2.5類金剛石涂層的質(zhì)量評定和結(jié)構(gòu)檢測

4.2.6類金剛石涂層的應(yīng)用領(lǐng)域

4.3立方氮化硼(cBN)涂層

4.3.1氮化硼的異構(gòu)體

4.3.2立方氮化硼(c-BN)的正四面體結(jié)構(gòu)

4.3.3立方氮化硼涂層的性能和應(yīng)用前景

4.3.4立方氮化硼涂層的制備技術(shù)和相關(guān)工藝

4.3.5立方氮化硼涂層的生長機理

4.3.6立方氮化硼涂層的研究現(xiàn)狀及面臨的問題

4.4氮化碳CN涂層

4.4.1氮化碳CN的晶體結(jié)構(gòu)

4.4.2氮化碳CN涂層的合成技術(shù)

4.4.3氮化碳CN涂層性能及應(yīng)用前景

4.4.4小結(jié)

4.5硼碳氮(BCN)涂層

4.5.1硼碳氮(BCN)的結(jié)構(gòu)

4.5.2硼碳氮(BCN)涂層的制備技術(shù)及相關(guān)工藝

4.5.3硼碳氮(BCN)涂層的性能及表征

4.6納米多層結(jié)構(gòu)涂層和納米晶復(fù)合涂層

4.6.1納米多層結(jié)構(gòu)涂層

4.6.2納米晶復(fù)合涂層

4.6.3納米多層結(jié)構(gòu)涂層和納米晶復(fù)合涂層的界面

4.6.4小結(jié)

參考文獻

第5章硬質(zhì)與超硬涂層的增韌技術(shù)

5.1概述

5.2韌性相增韌

5.3納米晶結(jié)構(gòu)增韌

5.4成分或結(jié)構(gòu)梯度增韌

5.5多層結(jié)構(gòu)增韌

5.6碳納米管增韌

5.7相變增韌

5.8壓應(yīng)力增韌

5.9復(fù)合增韌

5.10小結(jié)

參考文獻

第6章硬質(zhì)與超硬涂層的表征

6.1涂層厚度的測量方法

6.1.1光學(xué)測量法

6.1.2稱重法

6.1.3石英晶體振蕩儀法

6.1.4輪廓儀(觸針)法

6.1.5斷面測量法

6.1.6成分法

6.2涂層結(jié)構(gòu)的表征方法

6.2.1掃描電子顯微鏡

6.2.2透射電子顯微鏡

6.2.3掃描隧道顯微鏡

6.2.4原子力顯微鏡

6.2.5X射線衍射方法

6.2.6低能電子衍射和反射式高能電子衍射

6.2.7紅外吸收光譜和拉曼光譜

6.3涂層成分的表征方法

6.3.1電子探針顯微分析

6.3.2X射線光電子能譜

6.3.3俄歇電子能譜

6.3.4二次離子質(zhì)譜

6.3.5盧瑟福背散射技術(shù)

6.4涂層結(jié)合強度的表征方法

6.4.1劃痕法

6.4.2壓痕法

6.4.3刮剝法

6.4.4拉伸法

6.4.5抗剪強度檢測法

6.4.6激光剝離法

6.4.7彎曲法

6.4.8其他測量方法

6.5涂層硬度表征方法

6.5.1顯微硬度測試

6.5.2納米壓痕硬度測試

6.6涂層韌性測量

6.6.1彎曲法

6.6.2彎折法

6.6.3劃痕法

6.6.4壓痕法

6.6.5拉伸法

6.7涂層耐磨性表征方法

6.7.1磨損實驗方法

6.7.2耐磨性的評價

6.8涂層耐腐蝕性能表征方法

6.8.1電化學(xué)表征法

6.8.2涂層高溫氧化性能測量

參考文獻

封面

氧化鐵納米材料：制備、表征、應(yīng)用與安全性

內(nèi)容簡介

《納米科學(xué)與技術(shù)》叢書編委會

《納米科學(xué)與技術(shù)》叢書序

前言

第1章 氧化鐵納米材料的應(yīng)用領(lǐng)域

第2章 氧化鐵納米材料的制備方法

第3章 氧化鐵納米材料的特性與表征

第4章 氧化鐵納米材料的一般毒性

第5章 氧化鐵納米材料的致突變試驗和代謝動力學(xué)研究

第6章 氧化鐵納米材料的生物相容性及細胞毒理學(xué)研究

第7章 氧化鐵納米材料毒性解決方案

第8章 總結(jié)與展望

索引

封底