【摘 要】機械合金化是現(xiàn)代材料制備的重要技術。本文簡述了機械合金化的發(fā)展歷史、影響因素，并重點介紹了機械合金化技術在彌散強化合金、納米晶材料、功能材料等材料制備中的應用。

【關鍵詞】機械合金化；材料制備；發(fā)展歷史；影響因素

機械合金化（Mechanical Alloying）是一種基于高能球磨的材料制備新型技術。它是指金屬或合金粉末在高能球磨機中通過粉末顆粒與磨球之間長時間激烈地沖擊、碰撞，使粉末顆粒反復產生冷焊、斷裂，導致粉末顆粒中原子擴散，從而獲得合金化粉末[1]。它是一種固相制備技術，在現(xiàn)代材料制備中極具應用前景。目前，機械合金化在高溫合金、超導材料、儲氫材料、形狀記憶合金、耐磨合金、化學催化劑、納米材料等領域得到了越來越廣泛的應用。

一、機械合金化的發(fā)展歷史

機械合金化技術，是在1969年由美國國際鎳（INCO）公司的本杰明（Benjamin）等人發(fā)明的專利技術。該技術最初被稱為“球磨混合”技術，后來在美國國際鎳公司的第一個專利申請中，在該公司專利代理律師Mr. Ewan C. MacQueen的建議下，第一次將這種技術稱之為“機械合金化”技術，并將其寫入了專利申請文件中[2]。

在20世紀70年代初期，美國國際鎳公司首先利用機械合金化技術制備了彌散強化高溫合金，生產了以MA754、MA956、MA6000E等為代表的第一代彌散強化高溫合金。在20世紀80年代，該公司和日本金屬材料技術研究所等又采用機械合金化技術，開發(fā)了以MA758、MA760、MA957、TMO-2合金等為代表的第二代彌散強化高溫合金。在這一時期，機械合金化技術不僅用于制備彌散強化高溫合金，也用于制備INCOMAP-Al9021等結構材料。

在20世紀90年代以及21世紀初期，機械合金化技術得到了眾多科研工作者的關注，為此迎來了機械合金化技術發(fā)展的高峰時期。人們利用機械合金化技術制備出了各種各樣的納米晶材料、儲氫材料、電氣觸頭材料、耐磨材料等等。

二、機械合金化在材料制備中的應用概述

（一）彌散強化合金

彌散強化合金的制備，是機械合金化技術的發(fā)明起源，也是機械合金化技術走向市場的開始。機械合金化能把氧化物、碳化物等彌散強化相直接機械式的添加到金屬基體中，并且還能大幅度的提高固溶度，顯著增加彌散強化相在基體中的體積分數，從而使得制備出的金屬材料具有極佳的高溫強度、抗蠕變性能和耐熱性能，目前已在航空航天、核反應堆、熱能機械等諸多領域得到了市場化驗證[3]。

（二）納米晶材料

機械合金化不僅能制備出性能優(yōu)良的彌散強化合金，而且能制備出綜合性能優(yōu)異的納米晶材料。納米晶材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍（即1-100nm）或由它們作為基本單元構成的材料，這大約相當于10～100個原子緊密排列在一起的尺度，它是現(xiàn)代社會極具應用前景的一類新型材料。納米材料特有的四大效應（即表面和界面效應、量子尺寸效應、量子隧道效應、小尺寸效應），使其在光、電、磁、力等特性上發(fā)生明顯變化而具有常規(guī)材料無法企及的優(yōu)異性能。目前，納米材料涉及到的領域包括納米磁性材料、納米陶瓷材料、納米傳感器、納米傾斜功能材料、納米半導體材料、納米催化材料、納米碳管、納米表面處理等[4]。然而，納米材料的成功應用離不開它的高性能制備。機械合金化技術為納米晶材料的制備，提供了一個全新的高可靠性渠道。機械合金化制得的納米晶材料在納米磁體、納米儲氫合金等諸多領域得到了應用。

（三）功能材料

功能材料是現(xiàn)代材料發(fā)展中必不可少的一個分支，它是指在電、光、熱、催化、分離、生物和醫(yī)學等方面具有特殊性能的材料，它是新材料領域的核心，是國民經濟、社會發(fā)展及國防建設的基礎和先導。它涉及 信息技術、生物工程技術、能源技術、納米技術、環(huán)保技術、空間技術、計算機技術、海洋工程技術等現(xiàn)代高新技術及其產業(yè)。功能材料不僅對高新技術的發(fā)展起著重要的推動和支撐作用，還對我國相關傳統(tǒng)產業(yè)的改造和升級，實現(xiàn)跨越式發(fā)展起著重要的促進作用。功能材料種類繁多，用途廣泛，正在形成一個規(guī)模宏大的高技術產業(yè)群，有著十分廣闊的市場前景和極為重要的戰(zhàn)略意義。世界各國均十分重視功能材料的研發(fā)與應用，它已成為世界各國新材料研究發(fā)展的熱點和重點，也是世界各國高技術發(fā)展中戰(zhàn)略競爭的熱點。因此，功能材料的制備非常重要。機械合金化因其獨特的優(yōu)勢，在功能材料制備中具有極大的應用前景。目前，已用機械合金化技術制備出了高性能永磁材料、儲氫材料、超硬材料、超導材料等諸多功能材料。

（四）其它材料

機械合金化技術不僅在制備彌散強化合金、納米晶材料、功能材料等領域極具競爭優(yōu)勢，事實上，該技術在制備金屬間化合物、化學催化劑、非晶材料等眾多材料中都極具應用前景[5]。為了提高我國材料制備的能力，在機械合金化方向有待于繼續(xù)深入的研究。

三、機械合金化的影響因素

研磨裝置、研磨轉速、研磨時間等是機械合金化工藝的最主要的三個影響因素。目前，機械合金化過程的研磨裝置較多，如行星磨、振動磨、攪拌磨等。不同的研磨裝置，研磨能量、研磨效率、物料污染程度、研磨介質與研磨容器內壁間力的作用都不同，對機械合金化制備出的材料性能產生主要影響。材料在機械合金化制備過程中，不同的研磨轉速，將產生不同的材料性能。提高研磨轉速，有助于使研磨物料獲取更多的能量，實現(xiàn)合金化過程。研磨時間是機械合金化工藝中的一個重要影響因素。在實際的工藝過程中，球磨時間需要多次試驗來確定最佳球磨時間。

四、結論

機械合金化技術在材料制備中極具競爭優(yōu)勢和應用前景，是現(xiàn)代高新技術材料制備的重要方法之一。在過去的幾十年間，機械合金化技術得到了飛速的發(fā)展。但是，隨著工業(yè)技術的進步，機械合金技術仍需要人們進行深入的研究，以期更好的服務于材料制備。

參考文獻：

[1]李凡，吳炳堯.機械合金化——新型的固態(tài)合金化方法[J].機械工程材料，1999，（04）：24+26+56+25+27.

[2]張志曉，杜賢武，邢偉宏，王為民，張金詠，傅正義.SiC含量對機械合金化-熱壓制備B_4C-SiC復合陶瓷的影響[J].無機材料學報，2014，（07）：695-700.

[3]李斌，劉貴民，丁華東，閆濤，朱曉瑩.機械合金化制備（Al_2O_3+Gr）/Cu復合材料的性能[J].粉末冶金技術，2014，（03）：211-216.

[4]王建，邢建東，蘇偉，邱志彬，曹麗，吳昊亮.Fe-28Al二元體系機械合金化機制的研究和熱力學分析[J].熱加工工藝，2013，（22）：59-62.

[5]吳志方，周龔，吳潤.具有納米相復合結構的互不溶體系合金的機械合金化研究[J].材料導報，2014，（11）：48-52.