一种力学性能优良的微纳米尺度材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种力学性能优良的微纳米尺度材料及其制备方法，包括微纳米尺度材料基体以及覆盖于微纳米尺度材料基体表面的致密膜。该微纳米尺度材料具有良好的变形稳定性及显著的加工硬化性能，并且制备方法简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微纳米尺度材料领域，涉及一种力学性能优良的微纳米尺度材料及其制备方法。
技术介绍
微纳米尺度材料是微纳米机电系统的重要组成部分。为了保证微纳米机电系统正常服役，微纳米尺度材料需要具有优良的综合力学性能。然而相比于宏观块体材料，微纳米尺度材料变形不稳定，并且基本没有加工硬化能力。因此，设计出具有优异综合力学性能的微纳米尺度材料具有重要意义。Uchic等开创了微纳米尺度材料力学性能测试技术。他们对微米尺寸的镍进行压缩实验，发现在该尺寸下材料表现出“越小越强”的趋势。然而，在该尺度下材料变形频繁出现应变突跳现象，变形极易失稳，且几乎不存在加工硬化[Uchic M.D.et al.Science 305,986-989(2004).]。此后人们对多种材料进行了类似研究，发现变形不稳定以及低加工硬化等特点普遍存在于微纳米尺度材料中。这些特点严重阻碍了微纳米尺度材料在微纳米机电系统中的广泛应用。为解决这一问题，人们进行了很多尝试，其中具有代表性的是在材料中引入析出相和界面等。Girault等在镍基高温合金中引入了弥散分布的氧化物颗粒进行压缩实验[Girault B.et al.Adv.Eng.Mater.12,385-388(2010).]。他们发现当材料尺寸达到纳米级时，氧化物颗粒的作用十分有限，并不能有效提高材料的变形稳定性以及加工硬化能力。此外，氧化物颗粒需要通过高能球磨方法引入，然后进行烧结、挤压等，工艺较为复杂，得到的材料也会含有大量的缺陷和杂质。Kunz等对单晶铝和双晶铝进行了压缩实验[Kunz A.et al.Acta Mater.59,4416-4424(2011).]。结果表明，双晶铝表现出类似单晶铝的应变突跳，变形稳定性并没有因晶界引入而得到提高。同样，在Li等进行的双晶铜的压缩实验中，双晶铜的变形也表现出了频繁的应变突跳[Li L.L.et al.Sci.Rep.5,15631(2015).]。从加工工艺以及力学性能来看，这些方法都存在诸多不足，并不能有效地解决微纳米尺度材料实际应用中存在的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种力学性能优良的微纳米尺度材料及其制备方法，该微纳米尺度材料具有良好的变形稳定性及显著的加工硬化性能，并且制备方法简单。为达到上述目的，本专利技术所述力学性能优良的微纳米尺度材料包括微纳米尺度材料基体以及覆盖于微纳米尺度材料基体表面的致密膜。所述致密膜的厚度为1nm-1000nm。所述致密膜的材质为氧化物、氮化物、碳化物、碳氧化物或氮氧化物。所述致密膜的材质为氧化铝。本专利技术所述的力学性能优良的微纳米尺度材料的制备方法包括以下步骤：选取基材，再将基材加工为微纳米尺度材料基体，然后采用自然生成或人工合成的方法在微纳米尺度材料基体的表面制备致密膜，得力学性能优良的微纳米尺度材料。本专利技术所述的力学性能优良的微纳米尺度材料的制备方法包括以下步骤：选取基材，再通过自然生成或人工合成的方法在基材的表面制备致密膜，然后将基材加工为所需的微纳米尺寸，得力学性能优良的微纳米尺度材料。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所述力学性能优良的微纳米尺度材料包括微纳米尺度材料基体，所述微纳米尺度材料基体的表面设有致密膜，通过该致密膜有效地提高微纳米尺度基体的变形稳定性及加工硬化性能，结构简单，性能优良。在制备时，可以通过自然生成或者人工合成的方法来制备致密膜，制备方法简单，可控性较好。附图说明图1为本专利技术的一种结构示意图；图2为本专利技术的另一种结构示意图；图3为本专利技术的一种流程图；图4为本专利技术的另一种流程图；图5为实施例一中本专利技术的透射电镜图；图6为实施例一中本专利技术的局部放大透射电镜图；图7为实施例一中本专利技术的拉伸性能测试结果图。其中，1为微纳米尺度材料基体、2为致密膜。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：参考图1及图2，本专利技术所述的力学性能优良的微纳米尺度材料包括微纳米尺度材料基体1以及覆盖于微纳米尺度材料基体1表面的致密膜2，其中，所述致密膜2的厚度为1nm-1000nm；致密膜2的材质为氧化物、氮化物、碳化物、碳氧化物或氮氧化物。参考图3本专利技术所述的力学性能优良的微纳米尺度材料的制备方法包括以下步骤：选取基材，再将基材加工为微纳米尺度材料基体1，然后采用自然生成或人工合成的方法在微纳米尺度材料基体1的表面制备致密膜2，得力学性能优良的微纳米尺度材料。参考图4，本专利技术所述的力学性能优良的微纳米尺度材料的制备方法包括以下步骤：选取基材，再通过自然生成或人工合成的方法在基材的表面制备致密膜2，然后将基材加工为所需的微纳米尺寸，得力学性能优良的微纳米尺度材料。本专利技术的测试结果表明，通过自然生成或人工合成的方法对材料基体进行覆盖薄膜处理，可以在其表面得到均匀分布的致密膜2；对微纳米尺度材料基体1及本专利技术所述的微纳米尺度材料进行原位拉伸试验发现，本专利技术的变形稳定性和加工硬化能力均远高于相应微纳米尺度材料基体1；本专利技术可以作为微纳米机电系统中的受力部件，可以有效提高微纳米机电系统的稳定性和使用寿命。实施例一真空条件下采用聚焦离子束在铝合金薄片上加工出微纳米尺度材料基体1，取出微纳米尺度材料基体1，再置于干燥空气中48小时自然氧化，在微纳尺度材料基体1表面得到氧化铝致密膜2，其中，铝合金薄片的厚度为10μm，微纳米尺度材料基体1的直径为300nm，微纳米尺度材料基体1的长度为1μm。参考图5和图6，经自然氧化处理后的微纳米尺度材料基体1表面覆盖一层均匀且致密的氧化铝致密膜2，该氧化铝致密膜2与微纳米尺度材料基体1紧密结合，氧化铝致密膜2的厚度约为4.3纳米。对本专利技术进行拉伸实验，实验结果如图7所示，图7表明，本专利技术变形过程中没有出现应变突跳现象，变形十分稳定；本专利技术屈服之后，表现出很好的加工硬化能力，具有较高的抗拉强度。另外，本领域技术人员还可以在本专利技术精神内做其他变化，这些依据本专利技术精神所做的变化，都应包含在本专利技术所要求保护的范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种力学性能优良的微纳米尺度材料，其特征在于，包括微纳米尺度材料基体(1)以及覆盖于微纳米尺度材料基体(1)表面的致密膜(2)。

【技术特征摘要】
1.一种力学性能优良的微纳米尺度材料，其特征在于，包括微纳米尺度材料基体(1)以及覆盖于微纳米尺度材料基体(1)表面的致密膜(2)。2.根据权利要求1所述的力学性能优良的微纳米尺度材料，其特征在于，所述致密膜(2)的厚度为1nm-1000nm。3.根据权利要求1所述的力学性能优良的微纳米尺度材料，其特征在于，所述致密膜(2)的材质为氧化物、氮化物、碳化物、碳氧化物或氮氧化物。4.根据权利要求1所述的力学性能优良的微纳米尺度材料，其特征在于，所述致密膜(2)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩卫忠，李世豪，单智伟，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61