专利名称：一种纳米固体材料的制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米固体材料的制备，具体是指纳米级固体材料的制备工艺的方法。
实现本发明的制备工艺如下a.导电材料制备为线材或矩形截面的材料后，置于距静模表面一定距离的位置；
b.导电材料的两端通过大电流，使导电材料被加热到材料的熔点以上；c.使一动模高速冲击静模表面的熔融状态的导电材料，导电材料则在高压与快速冷却条件下成为固体纳米材料或非晶态材料。
在上述的步骤a中，原始导电材料无论作为线材还是作为矩形截面材料，其直径或厚度均需做到相当小的尺寸，其目的是增加线材或箔状材料的电阻；在b步骤中当上述材料中通过大电流时，可使导电材料被快速加热到材料的熔点以上，这为现有的物理学原理，依据导电材料的特性、直径或厚度、电流的大小诸参数可得到合适的控制，使材料的加热温度在其熔点温度以上，而又未达到材料的汽化温度；在c步骤中，当导电材料处于熔融状态的同时，以高速的动模对熔体冲击，动模的加速度用一脉冲大电流感应线圈通电时产生的电磁力驱动动模(金属块)，使之达到所需的速度，动模的一光滑表面对熔体进行冲击加载；对导电材料施加的电流最好为瞬时大电流，在瞬间数十微秒～数百微秒内材料就可达到熔融状态，并且便于与动模的加速做到时间上的响应，产生瞬时大电流的装置可利用高压电容器组进行，这也是较常使用的方法，在产生瞬时大电流的同时，加速的动模冲击熔融状态的材料，按照流体力学的高速碰撞理论，高速碰撞的瞬间，熔体处于高压状态，其承受的压力幅值为100～1000KN，高速碰撞的一瞬间，由于原静模和动模均为常温状态，则熔体材料处于高压状态的同时，两面同时以极高的冷却速率冷却，冷却速率可达105～109k/s，即熔体材料在高压状态下获得大塑性变形，从而使熔体被锻压成一定尺寸和形状的薄体，并可在极高的压应力下(1～10GPa)快速激冷凝固，高压凝固可降低晶粒的生长速度，使熔体在显著低于常压下的所需的冷却速率下形成纳米晶组织。
所述的步骤a、b、c可以在常压大气环境中完成，也可以在真空状态或惰性气体保护状态下完成，如果导电材料为高温下不易被氧化的材料，则可在常压大气环境下进行，如果导电材料为高温下易被氧化的金属或合金材料，则应在真空状态或在惰性气体保护状态下进行制备，以避免金属被氧化而影响所制备的纳米材料的纯度和性能。
本发明具有非常显著的优点1、可制备高纯度、组织均匀的块体或薄体纳米固体材料(晶粒直径≤100μm)；2、样品的厚度、宽度和长度可控制在一定尺寸范围内，可制备出多种尺寸较大的片状纳米固体材料或非晶态材料，厚度可在10～500μm范围，长度在15～60mm范围内。3、既可在常温和正常大气压下实现高快速凝固，也可在真空状态或保护气体环境下实现高压快速凝固；4、成本低，并没有环境污染；5、技术性能稳定，能较精确控制施加的载荷，自动化程度较高。
本发明的主要用途(1)制备各种纳米固体金属材料样品，可作为研究纳米材料物理性能、力学性能的样品；(2)制备纳米永磁材料(粘接磁体的原料)；(3)如果要提高生产效率，还需在本发明的基础上附加相应的配套装置；主要有(1)可同时控制多个动模加载过程的控制装置；(2)原料的自动装填和产品的自动回收装置。
权利要求
1.一种纳米固体材料的制备工艺，其工艺步骤如下a.将导电材料制备为线材或矩形截面的材料后，置于距静模表面一定距离的位置；b.导电材料两端通过大电流，使导电材料被加热到材料的熔点以上；c.使一动模高速冲击静模表面的熔融状态的导电材料，导电材料则在高压与快速冷却条件下成为固体纳米材料或非晶态材料。
2.依据权利要求1所述的制备工艺，所述的大电流为瞬间大电流。
3.依据权利要求1所述的制备工艺，所述的使导电材料加热到材料熔点以上，但应在汽化温度以下。
4.依据权利要求1或2或3所述的制备工艺，所述的高压是指熔融状材料受到高速动模碰撞产生的高压，其压力范围为100～1000KN。
5.依据权利要求1或2或3所述的制备工艺，所述的快速冷却是指动模与静模同时对高压状态下的熔融状材料进行的两面快速冷却，其快速冷却速度可达到105～109k/s。
6.依据权利要求4所述的制备工艺，所述的快速冷却是指动模与静模同时对高压状态下的熔融状材料进行的两面快速冷却，其快速冷却速度可达到105～109k/s。
7.依据权利要求1或2或3或6所述的制备工艺，所述的制备步骤a、b、c是在常压大气环境中完成，也可在真空状态或惰性气体保护状态下完成。
全文摘要
本发明公开了一种纳米固体材料的制备工艺，其工艺步骤如下将导电材料制备为线材或矩形截面的材料后，置于距静模表面一定距离的位置；导电材料两端通过大电流，使导电材料被加热到材料的熔点以上；使一动模高速冲击静模表面的熔融状态的导电材料，导电材料则在高压与快速冷却条件下成为固体纳米材料或非晶态材料。本发明可制备高纯度、组织均匀的块体或薄体纳米固体材料及多种尺寸较大的片状纳米固体材料或非晶态材料，成本低，技术性能稳定，自动化程度高。
文档编号H01B13/00GK1412788SQ02157928
公开日2003年4月23日 申请日期2002年12月20日 优先权日2002年12月20日
发明者刘宗德, 杨昆 申请人:华北电力大学