納米材料成形理論與技術（簡體書）

《航天科學與工程專著系列：納米材料成形理論與技術》闡述了納米材料製備和成形技術的進展與發展方向，詳細介紹了納米複相陶瓷、納米晶NiAl-Al2O3粉體和複合材料、納米鎳和鎳基納米複合材料製備及塑性成形以及納米陶瓷粉末注射成形等方面的理論與技術問題。《航天科學與工程專著系列：納米材料成形理論與技術》從材料製備和塑性成形一體化的角度進行闡述。《航天科學與工程專著系列：納米材料成形理論與技術》既注重納米材料以及成形技術的基本概念，又具有較強的實用性。《航天科學與工程專著系列：納米材料成形理論與技術》主要供從事材料與成形技術相關的高等院校、研究院所的師生和研究人員，以及與材料成形技術有關的企業技術人員參考。

《航天科學與工程專著系列:納米材料成形理論與技術》主要供從事材料與成形技術相關的高等院校、研究院所的師生和研究人員，以及與材料成形技術有關的企業技術人員參考。

納米材料的晶粒長大受溫度作用明顯，兩者的晶粒尺寸都隨著溫度的升高而增大。在應變速率為1.67×10—3s—1，溫度低于450℃時，ZrO2／Ni納米復合材料變形后的晶粒尺寸均要小于納米Ni。值得注意的是，ZrO2／Ni納米復合材料在該條件下的延伸率更高，因此同樣應變速率下受溫度的作用時間更長。例如在450℃應變速率為1.67×10—3s—1，納米Ni經過了53 min（包括拉伸實驗開始前的15 min保溫時聞）的變形時間，晶粒長大到2.5 μm；ZrO2／Ni納米復合材料經過了75.5 min（包括拉伸實驗開始前的15 min保溫時間），晶粒長大至1.8μm。可見，納米復合材料的組織穩定性要遠高于納米純金屬，這主要取決于ZrO2顆粒對晶界的釘扎作用。眾所周知，組織超塑性是一種與材料微觀組織密切相關的變形行為。納米復合材料第二相的加入提高了內部組織的晶粒穩定性，因此更適合用于超塑成形。
電沉積納米材料在酸性水溶液中進行的，這就不可能避免析氫反應的發生，陰極上析出的氫氣泡與鎳離子共同沉積形成沉積產物中細小的空洞。Petegem等人應用了透射電鏡（TEM）和正電子湮沒法（PAS）觀察了納米Ni晶粒內部的空位情況，發現即使是全致密電沉積Ni也會存在著1～2 nm的空洞，這在一定程度上影響了納米材料的力學性能。此外，本書的拉伸實驗是在沒有保護氣氛的加熱爐中進行的。在變形過程中，試件表面發生了氧化，出現脆性的NiO相，這對于本實驗中厚度僅為120 μm的拉伸試件的影響是嚴重的。隨著拉伸的繼續進行，氧化物不能很好地協調周圍韌性基體的變形，最終形成裂紋。除了上述兩條納米Ni和ZrO2／Ni納米復合材料共有的斷裂方式，對于復合材料還要考慮增強相ZrO2顆粒的斷裂以及基體Ni晶粒與增強相ZrO2顆粒之間界面的斷裂。如果增強相ZrO2顆粒的變形程度與基體Ni晶粒變形不匹配，就會在界面上產生應力集中。如果ZrO2與Ni之間的界面強度足夠高，那么應力將會被轉移到堅硬的ZrO2顆粒上，這樣只有該應力值超過ZrO2本身的強度才會一起斷裂；如果ZrO2與Ni之間的界面強度在某些因素（比如溫度）的影響下，應力將會在此交界處引發微裂紋，裂紋圍繞著兩者的界面生長聚集，引發材料的最終斷裂。觀察圖4.43（g）、（h）兩組圖片可以發現，當溫度升高至500℃時，納米Ni和ZrO2／Ni納米復合材料在斷口反映出的晶粒尺寸相似，而空洞數量后者更高，這樣的組織表現與前面拉伸實驗測得的延伸率相吻合。納米Ni在500℃，應變速率l.67×10—3 s—1時的斷裂延伸率為200％，而ZrO2／Ni納米復合材料獲得的斷裂延伸率為185％。由此可以對增強相ZrO2顆粒在超塑性變形中有一個全面的認識，均勻彌散分布的ZrO2顆粒能夠有效地抑制基體Ni晶粒的長大，從而保持超塑性變形所需要的穩定組織，但是這一有益的影響還受到溫度因素的限制，過高溫度將會使得增強相的釘扎作用降低；此外一旦ZrO2與Ni之間的界面強度降低，將會增加新的斷裂源。
在實驗中還發現了這樣一種現象，圖4.43（a）、（b）中納米Ni拉伸試件在320℃以應變速率1.67×10—3s—1拉伸，斷裂延伸率為32％，ZrO2／Ni納米復合材料在該條件下拉伸，斷裂延伸率為40％，僅稍高于材料的室溫延伸率，遠低于370℃以上時材料展現的超塑性延伸率。觀察此時的斷口卻不是室溫下的韌窩聚集型，而和高溫相似，表現出沿晶斷裂的特征。說明材料的斷裂模式是由溫度控制的，和變形量沒有明顯的因果關系。