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[资源] 经典综述——机械合金化制备纳米复合材料

机械合金化制备纳米复合材料Mechanically alloyed nanocomposites
C. Suryanarayana；Nasser Al-Aqeeli

Contents
1. Introduction . . . . . . . . . . .. . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386
2. Mechanical alloying . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389
3. The mechanism of composite formation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
4. Al-based nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394
4.1. Al–AlB2 nanocomposites . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
4.2. Al–Al4C3 nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
4.3. Al–AlxMoy nanocomposites. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400
4.4. Al–AlN nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400
4.5. Al–Al2O3 nanocomposites . . . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401
4.5.1. In situ composites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401
4.5.2. Ex situ composites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
4.6. Al–Al3Ti nanocomposites . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406
4.7. Al–BN nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406
4.8. Al–C nanocomposites . . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406
4.9. Al–carbon nanotube composites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407
4.10. Al–CuAl2 nanocomposites. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409
4.11. Al–MgB2 nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409
4.12. Al–Pb nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410
4.13. Al–SiC nanocomposites. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410
4.14. Al–TiB2 nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412
4.15. Al–TiC nanocomposites. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . 412
4.16. Al3Nb–Al2O3 nanocomposites. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412
4.17. Al3V–Al2O3 nanocomposites . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . 412
5. Co-based nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413
6. Cu-based nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414
6.1. Cu–Al2O3 nanocomposites . . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . 414
6.2. Cu–B4C nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417
6.3. Cu–diamond nanocomposites. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417
6.4. Cu–Fe3C nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417
6.5. Cu–FeS nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418
6.6. Cu–HfC nanocomposites . . . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . 418
6.7. Cu–MnO nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418
6.8. Cu–NbC nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418
6.9. Cu–SiO2 nanocomposites . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . 420
6.10. Cu–TaC nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420
6.11. Cu–TiC nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420
6.12. Immiscible metal nanocomposites. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421
7. Fe-based nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421
7.1. Fe–Fe3O4 nanocomposites. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422
7.2. Fe–SiO2 nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422
7.3. Nd2Fe14B-a-Fe nanocomposites . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . 424
7.4. Other nanocomposites . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . 424
7.5. FeAl–Al2O3 nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424
7.6. Fe–Cr–Al + TiB2 nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 425
7.7. Stainless steel–TiC nanocomposite. . . . . . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . 425
8. Mg-based nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426
8.1. Mg–BN nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427
8.2. Mg–Cu nanocomposites . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . 427
8.3. Mg-intermetallic nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427
8.4. Hydrogen storage materials . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . 431
8.4.1. Mg-metal systems . . . . . . . . . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . 432
8.4.2. Mg–intermetallics systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434
8.4.3. Mg–ceramic systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434
8.5. Mg-based glass–ZrO2 Nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437
9. Mo-based nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437
9.1. Mo–Al2O3 nanocomposites . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . 437
9.2. Mo–Mo5SiB2 nanocomposites. . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . 437
9.3. Mo3Al–Al2O3 nanocomposites . . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . 438
10. Ni-based nanocomposites . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438
10.1. Ni-based ODS alloys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439
10.2. Ni–Fe2O3 nanocomposites . . . . .  . . . . . . . . . . . . . 439
10.3. Ni3Al–Al2O3 nanocomposites . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . 440
10.4. NiAl–Al2O3 nanocomposites . . . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . 441
10.5. NiAl–TiC nanocomposites . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . 442
10.6. NiFe–Al2O3 nanocomposites . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . 442
10.7. Ni3Fe–CNT nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
10.8. NiO–Ni nanocomposites . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . 443
10.9. NiTi–Al2O3 nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
11. Ti-based nanocomposites . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444
11.1. Ti–BN nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444
11.2. Ti–hydroxyapatite nanocomposites . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . 444
11.3. Ti–TiB composites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445
11.4. Rare-earth oxide additions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445
11.5. Ti3Al–SiC composites. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448
11.6. Ti3AlC2–TiC composites. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . 450
11.7. Ti5Si3–TiC nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451
11.8. TiAl–Al2O3 nanocomposites . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451
11.9. TiAl–NiAl nanocomposites . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . 452
11.10. TiAl–Ti5Si3 composites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453
11.11. Other additions . . . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . 453
11.12. Ti bulk metallic glass–W composites. . . . . . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . 455
12. W-based nanocomposites . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . 456
12.1. W–Ni–Fe composites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457
12.2. W–SiC nanocomposites. . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457
12.3. W–TiC nanocomposites. . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458
12.4. W–ZrC nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458
12.5. Immiscible alloy systems . . . . . . . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . 458
12.5.1. W–Ag nanocomposites. . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . 459
12.5.2. W–Cu nanocomposites. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459
13. Boride-based nanocomposites. . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . 460
13.1. Mo5SiB2-based nanocomposites . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 460
13.2. TiB2–TiC nanocomposite . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461
13.3. TiB2–TiN nanocomposite. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461
13.4. ZrB2–SiC nanocomposites . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462
14. Carbide-based nanocomposites. . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462
14.1. B4C–BN nanocomposites. . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464
14.2. Cr3C2–NiCr nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464
14.3. TiC–Al2O3 nanocomposites . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 464
14.4. TiC–M (M = Fe, Co, or Ni) nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . 465
14.5. TiC–SiC nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465
14.6. TiC–TiB2 nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466
14.7. WC and WC-based nanocomposites. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466
14.7.1. WC. . . . . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466
14.7.2. WC–Co. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467
14.7.3. WC–M (M = Fe, Co, or Ni). . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . 467
14.7.4. WC–Al2O3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 468
14.7.5. WC–MgO. . . . . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 468
14.7.6. WC–Mo2C . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469
14.7.7. (W,Ti)C–FeAl3 . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . 469
15. Oxide-based nanocomposites . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469
15.1. Al2O3-based nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470
15.1.1. Al2O3–M nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470
15.1.2. Al2O3–AlB12 nanocomposites . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . 470
15.1.3. Al2O3–Al2SiO5 nanocomposites . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . 472
15.1.4. Al2O3–Al2TiO5 nanocomposites . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . 472
15.1.5. Al2O3–Co nanocomposites . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . 473
15.1.6. Al2O3–Cr Nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . 473
15.1.7. Al2O3–Fe nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474
15.1.8. Al2O3–Mo nanocomposites . . . . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . 475
15.1.9. Al2O3–Ni nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475
15.1.10. Al2O3–SiC nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . .  . . . . . . . . . 476
15.1.11. Al2O3–Sn2Fe nanocomposites. . . . . . . . . . . . . . . . . . 477
15.1.12. Al2O3–TiAl nanocomposites . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . 477
15.1.13. Al2O3–TiB2 nanocomposites. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477
15.1.14. Al2O3–TiC nanocomposites . . . . . . . .  . . . . . . . . . 478
15.1.15. Al2O3–Y2O3 nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 479
15.1.16. Al2O3–ZrO2 nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 479
15.2. Ce0.8Gd0.2O2d-Fe2O3 nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 479
15.3. Li2O–Sn nanocomposites. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 480
15.4. MgO–MgAl2O4 nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 480
15.5. SiO2–Fe nanocomposites. . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . 480
15.6. SiO2–Fe2O3 nanocomposites . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . 481
15.7. SiO2–SiC nanocomposites . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . 481
15.8. SiO2–TiO2 nanocomposites . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . 481
15.9. ZrO2–Al2O3 nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482
15.10. ZrO2–(W,Ti)C nanocomposites . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . 482
16. Silicide-based nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482
16.1. HfSi2–SiC nanocomposites . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . 483
16.2. MoSi2–CrSi2 nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . 483
16.3. MoSi2–La2O3 nanocomposites. . . . . . . . . . .. . . . . . . . 483
16.4. MoSi2–Si3N4 nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . 484
16.5. MoSi2–WSi2 nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484
16.6. MoSi2–ZrSi2 nanocomposites . . . . .  . . . . . . . . . 485
16.7. NbSi2–NbC nanocomposites . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485
16.8. NbSi2–SiC nanocomposites . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . 485
16.9. NbSi2–TiC nanocomposites . . .  . . . . . . . . . . . . . . . 485
16.10. TaSi2–Si3N4 nanocomposites . . . . . . .  . . . . . . . . . . 485
16.11. WSi2–SiC nanocomposites . . . .. . . . . . . . . . . . 486
16.12. ZrSi2–SiC nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . 486
17. Miscellaneous nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487
17.1. AlN–TiN nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487
17.2. Sb–C, Sn–C, and SnSb–C nanocomposites . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . 487
17.3. Si–SiC nanocomposites . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . 487
17.4. Si–TiB2 nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488
17.5. Si–TiC nanocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488
17.6. Si–TiN nanocomposites. . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488
17.7. Si3N4–Al2O3–Y2O3 nanocomposites . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . 489
17.8. Si3N4–SiC nanocomposites . . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . 489
17.9. Zn–Al2O3 nanocomposites . .  . . . . . . . . . . . . . 489
18. Concluding remarks . . . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . 490
Acknowledgement . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490
References . . . . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490

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