基于界面效应的材料制备及应用

随着金属粉末注射成型技术（MIM）、球栅电子封装（BGA）技术以及金属3D打印制造技术等先进粉末冶金技术的发展，高性能金属粉末的制备吸引了世界各国研究者的广泛关注^[1-4]。采用金属粉末，经过成形、烧结，制造的各种精密部件被广泛地应用于航空航天、汽车家电、机械工具等各个领域^[5.6]。我国作为最大的粉末冶金国之一，高性能金属粉末却需要大量进口，尤其是具有特殊性能的球形金属粉末。目前，制备球形金属粉末技术方法主要有雾化法、液滴喷射法、切丝打孔重熔法、电火花腐蚀法等。从球化机制上主要分为两大类：（1）金属液滴/气体界面（即液/气界面）的界面张力作用，制备金属球形颗粒，如：雾化法和液滴喷射法等；（2）金属液滴/液体界面（即液/液界面）的界面张力作用，制备金属球形颗粒，如切丝或打孔重熔法、电火花腐蚀法等。尽管这些制备方法基于自身的特点在各自的领域具有一些优势，但是在球形颗粒形貌、尺寸以及元素挥发、热历史、冷却速度等热处理方面却无法实现独立控制，而且存在热诱导成分偏析、结构组织不均匀以及金属粉末颗粒的表面和球形度也不尽满意。因此，开发基于金属液滴在固体界面的界面张力作用，制备球形金属粉末，即第三类球化机制：金属液滴/固态界面（液/固界面），以期实现金属热处理和颗粒球形形貌、尺寸独立调节，高效、节能、低成本地制备高质量球形金属粉末技术，成为满足未来精密制造和高性能金属粉末材料需求的关键。然而，基于金属液滴在固体界面的界面张力作用制备球形金属颗粒却面临较大的挑战，这主要涉及了高温液态金属与固态基底界面复杂的物理过程，如原子扩散或团簇形核^[7-12]。而且，在传统高温金属液相铸造工艺中，金属与基底材料之间的润湿或去润湿性是一个必须考虑的重要因素^[13]。事实上，认知和调节界面的润湿行为（荷叶效应）在传统领域如仿生、润滑、防水等方面，已实现了广泛应用^[3-13]。因此，如何从基础的润湿或不润湿现象中得到启发，研究高温下液态金属在非金属固体介质中的润湿或不润湿行为，开发新一代高质量球形金属粉末的制备技术成为我们将要探讨的问题。

本书针对传统金属液滴/气体界面（液/气）以及金属液滴/液体界面（波/液）球化金属粉末技术，基于波态金属与非金属介质界面不润湿效应创新地提出了第三类（液/固）金属粉末的球化制备技术，并对技术原理、材料制备、工艺参数调控、材料性能以及技术适用性进行了较为系统的研究。本书分别介绍了球形合金粉末制备技术、应用领域及前景，并阐述了球化技术的理论基础；液-固界面效应球化合金材料的实验及表征方法以及设计灵感与理论；铜基与铁基合金粉末的球化制备及性能，涉及到热处理、分散介质、时效处理、气氛气钰、形貌、尺寸分布等工艺参数的调控；难混溶合金核壳结构球形粉末的制备及相分离机制；典型合金材料的案例实践及专利技术以及科研成果的总结和展望。