Nghiền cơ năng lượng cao là kỹ thuật luyện kim bột, nó sử dụng động năng dựa trên sự va đập từ các bi thép cứng với tốc độ rất cao vào vật liệu (hình 1.9), cho phép tạo ra bột vật liệu kích thước nano có độ mịn cao. Nghiền cơ năng lượng cao đang là một kỹ thuật phổ biến để chế tạo các vật liệu kích thước nanô. Vật liệu đem nghiền được đặt vào buồng kín, được quay ly tâm hoặc lắc với tốc độ rất cao (có thể đạt 650 vòng/phút đến vài ngàn vòng phút). Buồng chứa vật liệu được bao kín, có thể hút chân không cao và nạp các khí hiếm tạo môi trường bảo vệ. Quá trình hợp kim hóa diễn ra nhờ sự va đập và nhào trộn khi buồng được quay hoặc lắc với tốc
Khí Ar Hợp kim nóng chảy Lò cảm ứng Trống đồng Băng nguội nhanh
độ cao. Nhờ quá trình này, có thể làm ra phản ứng pha rắn tạo ra các hợp chất như dự kiến.
Trong phương pháp nghiền cơ năng lượng cao, có hai thuật ngữ được sử dụng phổ biến. Thuật ngữ thứ nhất là “Hợp kim cơ học” (Mechanical Alloying - MA). Thuật ngữ này miêu tả quá trình nghiền trộn tạo bột từ các kim loại, hợp kim hay hợp chất. Sau khi nghiền, vật liệu sẽ chuyển thành một hợp kim đồng nhất. Thuật ngữ thứ hai là “Nghiền cơ” (Mechanical Milling -
MM). Thuật ngữ này miêu tả quá trình nghiền hợp kim từ kích thước lớn thành kích thước nhỏ (không có phản ứng hóa học). Sự khác biệt chính giữa hai thuật ngữ MA và MM phụ thuộc vào có sự biến đổi, hình thành một vật liệu mới trong quá trình nghiền hay không.
Nghiền cơ năng lượng cao (NCNLC) là kỹ thuật xử lý đa năng, thuận lợi về kinh tế và đơn giản về kỹ thuật. Ưu thế lớn nhất của NCNLC là tổng hợp những hợp kim mới, chẳng hạn việc tạo hợp kim từ những phần tử không thể trộn lẫn thông thường là không thể thực hiện bằng kỹ thuật khác ngoài kỹ thuật NCNLC. Quá trình NCNLC bao gồm: nạp bột (vật liệu ban đầu), phần tử nghiền (thường là bi nghiền đươc làm từ thép cứng hoặc hỗn hợp C-W) trong một cối nghiền (được làm cùng vật liệu với bi nghiền), đậy kín nắp bảo vệ sau đó đưa vào máy vặn chặt các chốt giữ rồi bật máy nghiền. Những vật liệu dễ bị ôxy hóa cần nạp ngay khí bảo vệ vào cối trước khi nghiền. Những máy nghiền thông thường là SPEX (khoảng 10 g bột được xử lý trong một lần nghiền) hay máy Fritsch Pulvesisette (máy này có nhiều cối nghiền hơn và bột có thể được xử lý nhiều hơn). Thời gian để thực hiện một lần nghiền đối với máy SPEX ngắn hơn so với máy Fritsch Pulvesisette.
Hình 1.9. Nguyên lý kỹ thuật nghiền cơ