机械合金化原理与应用

本书首先系统论述了机械合金化的基本原理和实现的主要技术，材料在机械合金化过程中的结构演变、非平衡转变、合成反应。在此基础上，介绍了新近发展的等离子球磨技术。然后，以互不溶体系合金、硬质合金、储氢材料、锂（钠）离子电池负极材料等为典型代表，阐述了运用机械合金化制备/合成先进材料、调控材料组织结构、实现材料的高性能化等内容。

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 机械合金化的发展概况 1
1.2 机械合金化的基本方法 3
1.3 机械合金化技术的应用 7
1.4 机械合金化技术的发展方向 9
参考文献 12
第2章 机械合金化原理与机制 15
2.1 机械合金化过程中粉末组织和形态演变规律 15
2.1.1 机械合金化的压延细化模型 15
2.1.2 三种基本混合体系在球磨过程中的细化机制 17
2.2 机械合金化过程中合金组织结构演变和相变机制 19
2.2.1 机械合金化过程中金属和合金的晶粒细化机制 19
2.2.2 机械合金化过程中的原子扩散 23
2.2.3 机械合金化过程中非平衡态相变 24
2.2.4 机械力化学合成 38
2.3 机械合金化过程中的能量输入与控制 40
2.3.1 球磨方法 41
2.3.2 磨球在球磨机中的运动状态 42
2.3.3 球磨输入能量的实验研究与分析计算 47
2.3.4 球磨条件和参量对机械合金化的影响 50
参考文献 55
第3章 外场辅助球磨和等离子球磨 60
3.1 几种外场辅助球磨方法简介 60
3.1.1 超声波辅助球磨 60
3.1.2 磁场辅助球磨 60
3.1.3 放电辅助球磨 61
3.1.4 温度场辅助球磨 63
3.2 等离子球磨原理与技术 63
3.2.1 介质阻挡放电等离子体技术 64
3.2.2 等离子球磨原理与等离子球磨机设计 66
3.3 等离子球磨的主要效应 74
3.3.1 等离子体的作用 74
3.3.2 等离子体与机械球磨的主要协同效应 75
3.4 等离子球磨细化粉末及机理 77
3.4.1 介电材料 77
3.4.2 等离子球磨细化金属粉末 86
3.5 等离子球磨诱导化学反应 93
3.5.1 氧化物原位还原反应 93
3.5.2 等离子球磨诱发固-气反应 94
3.5.3 等离子球磨制备碳化物和碳氮化物 98
参考文献 106
第4章 互不溶体系的机械合金化 110
4.1 互不溶体系及其固溶度扩展的理论 110
4.1.1 互不溶体系的基本特征 110
4.1.2 固溶度扩展的热力学分析 111
4.1.3 固溶度扩展的分子动力学模拟计算 113
4.1.4 实现互不溶体系固溶度扩展的主要方法 115
4.2 机械合金化互不溶体系形成过饱和固溶体 116
4.2.1 Cu基互不溶二元系 116
4.2.2 Al基互不溶二元系 119
4.2.3 其他互不溶二元系 122
4.3 互不溶体系中纳米晶过饱和固溶体的固溶软化与硬化 122
4.4 互不溶体系中的纳米相复合结构及其稳定性 124
4.4.1 互不溶体系中形成纳米相复合结构 124
4.4.2 单相纳米晶材料的晶粒长大 125
4.4.3 第二相长大的Ostwald熟化理论 127
4.4.4 互不溶体系中纳米尺度第二相的熟化 130
4.5 互不溶体系的纳米相复合合金的力学性能 142
4.5.1 混合律及其在纳米相复合合金中的适用性 142
4.5.2 弹性模量 143
4.5.3 硬度 144
4.6 互不溶体系合金的摩擦学性能 147
4.6.1 滑动轴承与轴承合金概述 147
4.6.2 机械合金化制备Al-Pb基轴承合金 148
4.6.3 机械合金化制备Al-Sn基轴承合金 154
4.6.4 双尺度结构Al-Sn基轴瓦合金 160
参考文献 168
第5章 机械合金化制备硬质合金 174
5.1 硬质合金概况 174
5.2 纳米硬质合金 177
5.2.1 WC-Co纳米硬质合金粉末制备 178
5.2.2 WC-Co纳米硬质合金的成型 178
5.2.3 WC-Co纳米硬质合金的烧结 179
5.2.4 WC-Co纳米硬质合金的显微组织与力学性能 180
5.3 机械合金化制备WC-Co纳米硬质合金 182
5.3.1 机械合金化制备纳米硬质合金粉末 182
5.3.2 机械合金化制备纳米硬质合金粉末的微观结构 183
5.3.3 高能球磨过程中WC-10Co粉末的粒径和WC晶粒尺寸的变化 189
5.3.4 机械合金化制备的WC-Co粉末的纳米复合结构特征及其形成机制 191
5.3.5 机械合金化制备的WC-Co纳米复合硬质合金粉末的烧结与性能 193
5.4 等离子球磨及碳化烧结同步法制备高性能硬质合金 203
5.4.1 等离子球磨制备的W-C-Co纳米复合粉末的组织结构 203
5.4.2 碳化烧结同步法制备硬质合金 206
5.4.3 等离子球磨同步法制备WC-Co硬质合金中添加晶粒长大抑制剂 209
5.5 等离子球磨制备双形态、双尺度WC-Co硬质合金 212
5.5.1 等离子球磨制备的WC-Co硬质合金的形态与尺寸控制 212
5.5.2 WC晶粒形态对硬质合金力学性能的影响 217
5.5.3 碳化烧结同步法制备双形态WC晶粒硬质合金及其组织与力学性能 219
5.5.4 碳化烧结同步法制备双尺度板状WC晶粒硬质合金及其组织与力学性能 228
5.6 硬质合金显微组织结构与力学性能的定量关系 240
5.6.1 显微组织结构与硬度的关系 240
5.6.2 显微组织结构与断裂韧性的关系 243
参考文献 247
第6章 机械合金化制备储氢材料及其结构与性能调控 252
6.1 储氢材料发展概况 252
6.1.1 对储氢材料的基本要求 253
6.1.2 储氢合金 254
6.1.3 配位氢化物储氢材料 256
6.1.4 化学氢化物 257
6.2 储氢反应热力学和动力学 258
6.2.1 储氢反应热力学 258
6.2.2 储氢材料吸放氢反应的动力学 259
6.3 储氢合金中界面和应力场的作用 261
6.3.1 界面的作用 261
6.3.2 应力场的作用 262
6.4 机械合金化法制备储氢材料 264
6.4.1 Mg基储氢合金的机械合金化制备 264
6.4.2 氢化燃烧合成法制备储氢合金 265
6.4.3 亚稳态结构储氢合金制备 266
6.5 机械合金化法调控储氢材料的组织结构与性能 275
6.5.1 掺杂催化剂提升材料的储氢性能 275
6.5.2 构建纳米复合体系提升材料的储氢性能 301
6.5.3 表面改性提升材料的储氢性能 309
6.5.4 机械合金化制备Mg基合金Ni-MH电池负极材料 312
参考文献 329
第7章 机械球磨在锂（钠）离子电池负极材料制备中的应用 336
7.1 锂离子电池概况与基本原理 336
7.1.1 锂离子电池的发展概况 336
7.1.2 锂离子电池的组成与工作原理 337
7.1.3 锂离子电池负极材料的主要问题及解决办法 339
7.2 球磨法制备锂离子电池金属基负极材料 342
7.3 硅基负极材料的结构设计与球磨制备 343
7.3.1 硅基负极材料的基本特点与主要问题 343
7.3.2 结构设计优化对硅碳复合负极材料电化学性能的改善 345
7.3.3 等离子球磨法制备硅碳纳米结构复合负极材料 346
7.3.4 硅/碳化物/石墨复合负极材料的球磨制备与电化学性能 351
7.3.5 非晶硅/硬质相/石墨复合结构的等离子球磨制备与电化学性能 359
7.3.6 SiOx/Sn合金/石墨复合结构的等离子球磨制备与电化学性能 362
7.4 锡基负极材料的设计、性能调控和球磨制备 365
7.4.1 Sn与SnO2负极的嵌锂特性与存在问题 366
7.4.2 机械球磨制备Sn-M合金负极材料 368
7.4.3 等离子球磨制备Sn-C复合负极材料 370
7.4.4 等离子球磨制备Sn-O-C复合负极材料 374
7.4.5 锡基氧化物与过渡金属复合负极材料的球磨制备 382
7.4.6 锡基硫化物与硒化物负极材料的等离子球磨制备 387
7.5 球磨法在过渡金属氧化物负极中的应用 390
7.6 机械研磨法在电池材料工业生产中的应用 393
参考文献 395
后记 398
索引 400