机械合金化，是上世纪八十年代中出现的一种材料合成新方法。采用此方法可制备非晶态合金、纳米晶材料、过饱和固溶体等各种亚稳材料。与其它传统制备方法相比有两大特点，一是材料合成是在室温下通过固态反应完成，二是产物成分范围更宽，种类更多。因此，机械合金化成为材料制备科学一个新分支学科。我所于1988年开始开展该领域研究，先后在3个国家自然科学重点和面上基金项目支持下，进行了机械合金化过程中非晶相形成热力学条件和动力学过程，纳米晶形成规律及相转变机理，反应物精细结构演化，纳米材料力学性能、物理性质等基础性研究工作，取得一系列创新性研究结果。 1、在Fe基非晶合金研究中发现，机械驱动下非晶相发生晶化即结构由无序态向有序态转变。本工作之前，机械合金化主要研究有序→无序转变反应，而本工作做出了无序→有序转变反应。在另一系统单质Se研究中获得更丰富的反应过程，无序→有序→无序转变，表明这一新反应带有普篇性。研究中还发现，机械驱动下非晶相化学短程序发生变化即结构弛豫，而机械驱动发生的结构弛豫和晶化机制与热激活发生的有本质差异，给出“机械结构弛豫”和“结构机械稳定”概念。根据理论和实验结合得到的相转变存在临界晶粒尺寸这一结论，提出“晶体失稳模型”。这些研究结果在国际权威杂志Appl. Phys. Lett.和Phys. Rev. B上发表5篇论文，丰富了机械合金化学科内容。 2、采用机械合金化法首先实现了用传统制备方法在常温下不可能进行的氧化物置换反应、碳化物合成、单质纳米化，获得晶粒尺寸分别为7nm、9nm、2nm的Cu/Fe2O3纳米复合材料、TiC高温纳米陶瓷、C纳米单质材料。研究中发明跟踪测温技术，首次实验证实前两种反应为爆炸反应，反应点火温度比传统反应的近乎低1个量级。 3. 逾越非晶相转变热力学判据，实现了△H=0体系非晶相转变。反应物混合热△H<<0是当时普遍被接受的机械合金化非晶相形成热力学判据。本项目研究出△H=0的Fe-W系非晶相转变，并提出缺陷引入转变机制，定量能量计算结果证明其合理性。他人论文和综述文章中把这项工作作为首先进行的△H=0体系或典型工作来引用。 4. 原子尺度直观证实Cu-Fe系产物确为固溶体，发现一些特殊结构演化。Cu-Fe系产物的XRD衍射图表现反常，学者们对产物是否固溶体存在很大争议，其原因是都缺乏直观的实验证据。本项目首先突破粉未电镜样品制备技术，用高分辨电镜和场发射电镜首次在原子尺度上直观地证实了Fe原子固溶到Cu晶格中，产物确为固溶体。研究中还发现了 -SiC→-SiC转变等特异结构演变现象。发表的单篇论文被他人引用达21次，美国一教授评价认为这项工作“在本领域领先或与领先者处于同一水平”。 5. 揭示了纳米晶颗粒熔点变化规律。不同的样品制备方法往往得到不同的溶化现象。球磨技术为溶化行为研究提供新的途径，可制得晶粒尺寸可控、界面无反应而清晰的理想样品，采用此技术系统研究了镶嵌于Al基的In、Sn、Bi、Cd、Pb等元素微颗粒熔化行为，结果微颗粒熔点降低与晶粒尺寸有关，成现约化熔点（Tm/To）与晶粒尺寸倒数（1/d）成线性关系，从结构非共格关系、尺寸效应、界面能、润湿性方面解释其规律。本项目共发表SCI收录论文83篇，被他人SCI收录论文引用234次。项目完成人中，2人获国际奖励“国际亚稳：机械合金化及纳米材料年会金质奖章和杰出青年科学家奖（1998）”和“美国科学情报所ISI经典引文奖”，3名研究生的论文被评为“全国优秀博士学位论文”，4人获“中国科学院院长奖学金特别奖”。 “机械合金化过程中非晶态与纳米晶形成及结构研究”项目获2002年度辽宁省自然科学奖一等奖。（全明秀 供稿）