纳米陶瓷
纳米陶瓷

发动机用的金属材料。
发动机用材料的重大改革则是用高性能陶瓷零件逐步代 替金属零件,直至发动机的主要零件,这就是人们说的陶瓷
发动机。
4.3、在军事领域的应用
纳米陶瓷由于断裂强度、断韧性大大提高,而且,纳米陶瓷的硬 度和弹性模板都比普通玻璃强,硬度比普通陶瓷高4~5倍。
使用的航天飞机却不会被燃烧殆尽,因为它的外壳上使用了一层隔
热瓷瓦。这同样是采用了纳米陶瓷技术的产物,纳米陶瓷有着坚固 且耐高温的特性,能够保护航天飞机免受
与空气摩擦而产生的剧烈高温的侵蚀。
4.2、在发动机方面的应用
什么是陶瓷发动机,在传统柴油机或燃汽轮机用的金属
零件中,铝合金的耐温极限为350℃,钢和铸铁的为450℃,
织品及纳米技术应用研讨会论文集[C],2003
[4] /yezhu/z37883.html
现代陶瓷工艺的进展已为制备纳米陶瓷准
备了充分条件,许多新的粉体制备技术已可能
获得几个至几十个纳米的粉末,它能降低烧结
温度,获得纳米晶粒陶瓷。 新的烧结技术可使陶瓷坯体在更低温度 和更短时间内达到致密化,从而阻止晶粒长 大。
3、纳米陶瓷的特性
纳米陶瓷的特性主要在于力学性能方面,包括纳米 陶瓷材料的硬度,断裂韧性和低温延展性等。 纳米陶 瓷高温下硬度、强度较普通陶瓷有较大的提高。有关研 究表明, 纳米陶瓷具有在较低温度下烧结就能达到致密 化的优越性,即低温烧结就能获得较好的力学性能。同 时,其烧结不需要添加任何的添加剂,其硬度和断裂韧 度随烧结温度的增加而增加,故低温烧结能获得好的力 学性能。
用另外一句话说,纳米陶瓷具有耐冲击的性能。因此,纳米陶瓷
氧化铝陶瓷和纳米陶瓷

氧化铝陶瓷和纳米陶瓷
氧化铝陶瓷与纳米陶瓷是现代陶瓷技术中的两种重要材料,它们在许多领域都有广泛的应用。
氧化铝陶瓷,是以氧化铝(Al2O3)为主体的陶瓷材料。
氧化铝具有高硬度、高耐磨性、高化学稳定性和良好的绝缘性能等特点,因此被广泛应用于机械、电子、化工、陶瓷等领域。
氧化铝陶瓷的制备过程包括原料准备、成型、烧结等步骤,其中烧结温度通常较高,以达到氧化铝的致密化和结晶化。
纳米陶瓷,是指晶粒尺寸在纳米尺度(1-100纳米)的陶瓷材料。
纳米陶瓷具有许多独特的性能,如高强度、高硬度、高韧性、良好的抗热震性和抗腐蚀性等。
由于纳米陶瓷的晶粒尺寸小,晶界面积大,使得材料性能得到显著提升。
纳米陶瓷的制备通常涉及到纳米粉末的制备、成型和烧结等过程,其中纳米粉末的制备是关键。
氧化铝陶瓷和纳米陶瓷在某些应用领域存在重叠,但也各有特色。
例如,氧化铝陶瓷因其高硬度和耐磨性,常被用于制造耐磨件、切割工具等;而纳米陶瓷则因其优异的力学性能和抗热震性,在航空航天、核能等领域有广泛的应用前景。
随着科技的进步,氧化铝陶瓷和纳米陶瓷的制备技术也在不断发展和完善。
未来,这两种材料有望在更多领域得到应用,为人类社会的发展做出更大的贡献。
同时,也需要深入研究这两种材料的性能和应用,以充分发挥它们的潜力。
纳米陶瓷的优点和应用

纳米陶瓷的优点和应用
纳米陶瓷是一种新型的材料,具有许多优点和广泛的应用。
本文将从优点和应用两个方面来介绍纳米陶瓷。
一、纳米陶瓷的优点
1.高硬度:纳米陶瓷的硬度非常高,比传统陶瓷高出数倍,可以抵抗各种刮擦和磨损。
2.高强度:纳米陶瓷的强度也非常高,可以承受高压和高温,不易破裂和变形。
3.耐腐蚀:纳米陶瓷具有优异的耐腐蚀性能,可以在酸碱等恶劣环境下长期使用。
4.耐磨损:纳米陶瓷的表面非常光滑,不易受到磨损和刮擦,可以保持长期的美观和光泽。
5.抗氧化:纳米陶瓷具有很好的抗氧化性能,可以长期保持颜色和光泽不变。
二、纳米陶瓷的应用
1.厨房用具:纳米陶瓷可以用于制作各种厨房用具,如锅、碗、盘等,具有耐高温、耐磨损、易清洁等优点。
2.卫生间用品:纳米陶瓷可以用于制作卫生间用品,如马桶、洗脸盆、浴缸等,具有耐腐蚀、易清洁、美观等优点。
3.建筑材料:纳米陶瓷可以用于制作建筑材料,如地砖、墙砖、地板等,具有耐磨损、耐腐蚀、易清洁等优点。
4.电子产品:纳米陶瓷可以用于制作电子产品,如手机壳、电视外壳等,具有耐磨损、抗氧化、美观等优点。
5.医疗器械:纳米陶瓷可以用于制作医疗器械,如人工关节、牙科修复材料等,具有耐磨损、耐腐蚀、生物相容性好等优点。
纳米陶瓷具有许多优点和广泛的应用,是一种非常有前途的新型材料。
随着科技的不断进步和应用领域的不断扩大,纳米陶瓷的应用前景将会越来越广阔。
纳米陶瓷涂层技术

纳米陶瓷涂层技术纳米陶瓷涂层技术是指利用纳米技术制备的陶瓷涂层,主要应用于金属、玻璃、塑料等材料表面,能够提供优异的耐磨、耐腐蚀、耐高温等性能。
本文将从纳米陶瓷涂层的基本原理、制备方法、应用领域及发展前景等方面进行探讨,以期对读者有所帮助。
一、基本原理纳米陶瓷涂层是指由纳米级陶瓷颗粒组成的薄膜,在表面涂覆于物体表面。
与普通涂层相比,纳米陶瓷涂层具有优异的耐磨、耐腐蚀、耐高温等性能,主要原理如下:1.纳米级陶瓷颗粒具有较高的硬度和抗磨损性能,能够有效增强涂层的耐磨损性能。
2.纳米级陶瓷颗粒对外界腐蚀介质具有较强的抵抗能力,能够有效提高涂层的防腐蚀性能。
3.纳米级陶瓷颗粒具有较高的热稳定性和耐高温性能,能够有效提高涂层的耐高温性能。
基于以上原理,纳米陶瓷涂层能够为物体表面提供优异的保护效果,广泛应用于汽车、航空航天、医疗器械等领域。
二、制备方法纳米陶瓷涂层的制备方法多种多样,常见的有物理气相沉积、化学气相沉积、溶胶-凝胶法、电沉积法等。
下面将分别对几种常见的制备方法进行介绍:1.物理气相沉积法物理气相沉积法是利用物质的物理性质在真空或低压环境下进行涂层制备的一种方法。
具体步骤包括蒸发源的加热、蒸发源的蒸发、蒸发物质的传输和沉积在衬底表面等过程。
通过控制沉积条件和衬底温度,可以制备出具有优异性能的纳米陶瓷涂层。
2.化学气相沉积法化学气相沉积法是利用气相化学反应在衬底表面进行涂层制备的一种方法。
具体步骤包括气相前驱体的裂解、反应产物的沉积和涂层的形成等过程。
通过选择合适的前驱体和反应条件,可以制备出具有优异性能的纳米陶瓷涂层。
3.溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是利用溶胶和凝胶过程在衬底表面进行涂层制备的一种方法。
具体步骤包括制备溶胶、溶胶成型、凝胶和烧结等过程。
通过控制溶胶的成分和制备条件,可以制备出具有优异性能的纳米陶瓷涂层。
4.电沉积法电沉积法是利用电化学反应在电极表面进行涂层制备的一种方法。
具体步骤包括电解液的选择、电极的处理、电沉积过程和电沉积后的处理等过程。
纳米陶瓷材料

纳米陶瓷材料
纳米陶瓷材料是一种具有微观纳米结构的陶瓷材料,其特点是颗粒尺寸小于100纳米。
由于其微观结构的特殊性质,纳米陶瓷材料在材料科学领域引起了广泛关注,并在多个领域展现出了巨大的应用潜力。
首先,纳米陶瓷材料具有优异的力学性能。
由于其微观结构的特殊性质,纳米陶瓷材料表现出比传统陶瓷材料更高的硬度和强度,这使得它在制备高性能陶瓷制品时具有重要的应用前景。
例如,纳米陶瓷材料可以用于制备高硬度的刀具、轴承等机械零部件,以及耐磨、耐腐蚀的陶瓷涂层等。
其次,纳米陶瓷材料还具有优异的光学性能。
由于其微观结构的特殊性质,纳米陶瓷材料表现出比传统陶瓷材料更高的折射率和透光性,这使得它在光学领域具有广泛的应用前景。
例如,纳米陶瓷材料可以用于制备高透光、高折射率的光学元件,如透明陶瓷玻璃、光学透镜等,以及用于制备高性能的光学涂层等。
此外,纳米陶瓷材料还具有优异的热学性能。
由于其微观结构的特殊性质,纳米陶瓷材料表现出比传统陶瓷材料更高的热导率和热稳定性,这使得它在热学领域具有重要的应用前景。
例如,纳米陶瓷材料可以用于制备高热导率、高热稳定性的陶瓷散热器、热障涂层等。
总的来说,纳米陶瓷材料具有优异的力学、光学、热学性能,具有广泛的应用前景。
随着纳米技术的不断发展和成熟,纳米陶瓷材料必将在材料科学领域发挥越来越重要的作用,为人类社会的发展进步做出更大的贡献。
纳米陶瓷应用于场景的原理

纳米陶瓷应用于场景的原理1. 什么是纳米陶瓷?纳米陶瓷是一种具有纳米级晶粒大小的陶瓷材料。
纳米材料是指其颗粒直径在1-100纳米之间的材料。
相比传统陶瓷材料,纳米陶瓷具有更高的硬度、强度、耐磨性和抗腐蚀性能,且具备更好的导电性、导热性和光学性能。
2. 纳米陶瓷在场景中的应用原理纳米陶瓷在不同场景中的应用原理主要包括以下几个方面:2.1 硬度和强度纳米陶瓷具有非常高的硬度和强度,这使得它在一些场景中可以替代传统材料,达到更好的效果。
例如,在汽车行业中,纳米陶瓷可以应用于车身涂层中,增加汽车表面的硬度和耐磨性,提高车身的抗刮擦性能。
2.2 抗腐蚀性能纳米陶瓷具有优异的抗腐蚀性能,可以在恶劣环境中长时间保持材料的稳定性和性能。
在化学工业中,纳米陶瓷可以制备成膜剂或涂层,用于防止管道、容器等设备受到腐蚀。
2.3 导电性和导热性能由于纳米陶瓷具有良好的导电性和导热性能,在电子设备、导电材料等领域有广泛应用。
比如,纳米陶瓷可以用于制备电子元件中的介质层,提供更好的隔离性能和导电性能。
2.4 光学性能纳米陶瓷具有优异的光学性能,可以用于调控光的传输和反射。
在光学设备、光纤通信等领域,纳米陶瓷可以作为光学涂层或材料,用于增强光的传感和传输效果。
2.5 应用于其他领域纳米陶瓷还可以应用于其他领域,例如医疗器械、环境保护等。
在医疗器械中,纳米陶瓷可以用于制备人工关节、牙科材料等,具有较好的生物相容性和机械性能。
在环境保护中,纳米陶瓷可以用于制备过滤材料,用于水处理、空气净化等。
3. 纳米陶瓷的制备方法纳米陶瓷的制备方法有多种,常见的方法包括:3.1 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常见的制备纳米陶瓷的方法。
该方法通过溶胶凝胶的过程制备纳米颗粒,并通过热处理使其形成陶瓷材料。
3.2 高温烧结法高温烧结法是一种将纳米颗粒通过高温烧结使其形成陶瓷材料的方法。
该方法在高温下使纳米颗粒结合成块体材料。
3.3 等离子体喷雾法等离子体喷雾法是一种通过喷雾进入等离子体中使溶胶快速凝胶形成纳米陶瓷的方法。
纳米陶瓷材料ppt课件
纳米陶瓷材料的应
04
用领域
航空航天领域
飞机发动机部件
纳米陶瓷材料具有优异的耐高温 性能,可用于制造飞机发动机的 部件,如涡轮叶片、燃烧室等。
轻量化结构材料
纳米陶瓷材料具有较低的密度和良 好的力学性能,可用于制造轻量化 的结构材料,如飞机框架、机身等 。
隐身材料
纳米陶瓷材料可以吸收电磁波,用 于制造隐身材料,如隐形飞机的外 壳、雷达吸收层等。
抗疲劳性
由于其纳米级的结构,使 得陶瓷材料在承受反复应 力时具有更高的抗疲劳性 。
热学性能
高热导率
纳米陶瓷材料具有很高的热导率 ,使其在高温环境下保持稳定的 热性能。
抗热冲击
由于其微小的热容量,使得纳米 陶瓷材料在经历快速温度变化时 不易破裂。
光学性能
透明性
某些纳米陶瓷材料具有优秀的透明性 ,可与玻璃相媲美。
汽车工业领域
发动机部件
纳米陶瓷材料可用于制造汽车发 动机的部件,如活塞、气缸套、
涡轮增压器等。
轻量化结构材料
纳米陶瓷材料可用于制造轻量化 的汽车结构材料,如刹车片、离
合器片等。
耐磨材料
纳米陶瓷材料具有较好的耐磨性 能,可用于制造汽车零部件,如
轴承、齿轮等。
能源领域
燃料电池
纳米陶瓷材料可以作为燃料电池的隔膜材料,提 高燃料电池的性能和寿命。
拓展应用领域及市场
总结词
纳米陶瓷材料具有广泛的应用前景,需要拓 展新的应用领域和市场。
详细描述
纳米陶瓷材料具有优异的物理、化学和机械 性能,使其在许多领域具有潜在的应用价值 。未来需要加强研究和开发,发掘新的应用 领域和市场,并推动纳米陶瓷材料的商业化 应用。
加强基础研究及理论探索
纳米陶瓷的制备过程
纳米陶瓷的制备过程如下:
1. 纳米粉体的制备:纳米粉体的制备是纳米陶瓷生产中最重要的一步,在某种程度上可以说,纳米粉体决定了纳米陶瓷烧结后的质量。
目前,纳米粉体制备方法主要有两种,一种是气相合成法,包括化学气相合成法、高温裂解法和雾转化法。
这是一种极为实用的纳米粉体制备方法。
纳米氧化物粉或非氧化物粉可以通过这种方法制备。
气相合成法最大的优点是制备的纳米粉纯度高,烧结后的纳米陶瓷表面纯度高。
一种是凝结合成法,主要用于制备复合氧化物纳米陶瓷材料。
2. 纳米陶瓷的烧结:在获得所需纳米粉体后,需要对其进行烧结以形成纳米陶瓷材料。
烧结过程通常在高温下进行,以促进原子间的扩散和重新排列,以获得所需的结构和性能。
以上信息仅供参考,如需了解更多信息,建议咨询纳米陶瓷领域的专业人士。
纳米陶瓷的尺寸效应
纳米陶瓷的尺寸效应纳米陶瓷,这可是个相当神奇的东西呢。
咱们平常看到的陶瓷,都是规规矩矩、普普通通的样子。
可纳米陶瓷就不一样了,就好像是一群原本普通的小士兵,突然被施了魔法变成了超级小的迷你战士。
这个尺寸一变小啊,就像换了个魔法世界一样,各种神奇的效应就出来了。
纳米陶瓷的尺寸效应,就好比是一个小蚂蚁进入了一个巨大的迷宫。
在普通陶瓷里,原子和分子就像是按照既定路线行走的行人,规规矩矩的。
可到了纳米陶瓷这儿,因为尺寸小到了纳米级别,原子和分子就像是一群调皮的小精灵,它们的活动空间变小了,相互之间的作用就变得超级复杂。
这就好像在一个小小的盒子里,放了太多精力旺盛的小动物,它们挤来挤去,相互影响的方式都变了。
从力学性能上来说,纳米陶瓷的强度和韧性都变得很不一样。
你看,普通陶瓷有时候就像个脆弱的玻璃娃娃,一不小心就碎了。
纳米陶瓷呢?它像是穿上了一层坚韧的铠甲,变得更不容易破裂。
这是为啥?因为它的尺寸小,内部的缺陷也跟着变小了。
这就好比是一件衣服,如果上面只有几个小针眼大小的洞,那肯定比有好几个大口子要结实得多。
纳米陶瓷里的小缺陷就像那些小针眼,对整体的影响就小了很多。
再说说它的电学性能。
纳米陶瓷的电阻率之类的电学特性也发生了很大的变化。
这就像一条河流,在宽阔的河道里水流很顺畅,可要是河道突然变得很窄很窄,水流就会变得湍急起来,还可能改变流向。
纳米陶瓷里的电子就像那些河水,因为尺寸效应,它们在里面的“流动路径”和“流速”都发生了改变。
在光学性能方面,纳米陶瓷也像是换了一张脸。
普通陶瓷的颜色和透明度相对比较固定。
纳米陶瓷就不一样了,它的颜色可能变得更加丰富多彩,就像一个原本只会穿素色衣服的人,突然穿上了五彩斑斓的衣服。
这是因为纳米陶瓷的尺寸小到一定程度,对光的吸收、散射等光学过程产生了独特的影响。
这就像一堆小小的彩色玻璃珠子,放在一起的时候,从不同的角度看就会有不同的颜色效果。
纳米陶瓷的尺寸效应在很多领域都有很大的用处。
纳米陶瓷
⒈ 零维陶瓷材料
大多数纳米粒子呈现为理想单晶。尺寸在 60nm左右,也有非晶态或来亚稳态的纳米粒 子。由于粒度在1~100nm之间,所以有很多 独特的性质。主要在量子尺寸效应、小尺寸效 应、表面效应和宏观量子隧道效应等,并由此 派生出传统固体不具备的许多特性
6、应用于制备功能性陶瓷纤维 (1) 防紫外线纤维。 (2) 远红外线保温纤维。
(3) 抗菌防臭纤维
纳米陶瓷的应用: 1、应用于提高陶瓷材料的机械强度
结构陶瓷是以强度、刚度、韧性、耐 磨性、硬度、疲劳强度等力学性能为特 征的材料。
用纳米陶瓷粉体制备的陶瓷材料能有 效减少材料表面的缺陷,获得形态均一和 平滑的表面,能增强界面活性,提高材料单 晶的强度,还能有效降低应力集中,减少磨 损,特别是可以有效提高陶瓷材料的韧性。
纳米材料的制备:
纳米粉体的合成
素坯的成型 产品的烧结
粉体合成按合成条件分类: 1、气相法:气相法是直接利用气体,或 者通过各种手段将物质转变为气体,使之 在气体状态下发生物理变化或者化学反应, 最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米粒子 的方法。 优点:制得的纳米陶瓷粉体的纯度较 高,团聚较少,烧结性能较好 缺点:产量低,设备昂贵
二 纳米陶瓷
所谓的纳米陶瓷是指晶体粒度在1~100nm范围 内的陶瓷材料。 ⒈ 材质讲应是陶瓷的,而非金属的或 有机的。 ⒉ 晶粒尺度应在1~100nm,严格来说, 应要求其内部各种物相的显微尺寸包括晶 粒度、晶界宽度、第二相粒子以及缺陷尺 寸都在纳米尺度。
三 纳米陶瓷材料分类
按形态的不同:
⒈ 零维陶瓷材料即纳米陶瓷粉
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纳米陶瓷综述摘要:介绍了纳米陶瓷材料的概况及纳米复相陶瓷粉体所具有的特殊性能。
综述了纳米陶瓷的主要制备方法、独特的超塑性、高强度性能,进一步详细探讨了纳米技术在陶瓷领域的最新应用及发展状况,及其在防护、耐高温、腐蚀信息、医学临床、吸收、压电,清洁等各个领域的发展和贡献,对研究纳米陶瓷发展前景具有重要意义。
关键字:陶瓷,纳米陶瓷,制备,陶瓷应用,发展一、概述陶瓷材料在日常生活、工业生产及国防领域中起着举足轻重的作用。
但是,由于传统陶瓷材料质地较脆,韧性、强度较差,因而使其应用受到了很大限制。
随着纳米技术的广泛应用,纳米陶瓷随之产生,希望以此来克服传统陶瓷的脆性,使其具有像金属一样的柔韧性和可加工性。
与传统陶瓷相比。
纳米陶瓷的原子在外力变形条件下自己容易迁移,因此表现出较好的韧性与一定的延展性,因而从根本上解决了陶瓷材料的脆性问题。
英国著名材料科学家卡恩在Nature杂志上撰文道:“纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径。
”所谓纳米陶瓷,是指陶瓷材料的显微结构中,晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸都限于100nm以下,是上世纪80年代中期发展起来的新型陶瓷材料。
由于纳米陶瓷晶粒的细化,品界数量大幅度增加,可使材料的韧性和塑性大为提高并对材料的电学、热学、磁学、光学等性能产生重要的影响,从而呈现出与传统陶瓷不同的独特性能,成为当今材料科学研究的热点。
二、纳米陶瓷的制备与特性1纳米材料的制备纳米陶瓷粉体的制备是纳米陶瓷材料制备的基础,现在已发展了多种纳米陶瓷粉体的制备方法。
1.1物理制备方法物理制备方法主要是蒸发凝聚法和高能机械球磨法两种。
蒸发凝聚法:在真空蒸发室内充入低压惰性气体,加热金属或化合物蒸发源,由此产生的原子雾与惰性气体原子碰撞而失去能量,凝聚而成纳米尺寸的团簇,并在液氮冷却棒上聚集起来,最后得到纳米粉体。
1987年美国Argonne实验室的Siegles采用此法成功地制备了Ti02纳米陶瓷粉体,粉体粒径为5—20nm。
高能机械球磨法:利用机械摩擦的方法得到纳米晶粒,见图l。
是将粉体放在一个密闭的容器中,随着容器的旋转、振动或剧烈摇动而得到超细微粒。
采用此法已制备了19nm左右的压电陶瓷粉体。
此外还有机械粉碎、电火花爆炸法等其他物理制备技术。
一般说来,纳米陶瓷粉体物理制备方法的工艺条件较为苛刻,应用范围较窄,粉体粒径控制较为困难,而化学制备方法是在液相和气相条件下,首先形成离子或原子,然后逐步长大,形成所需要的粉体,容易得到粒径小、纯度高的超细粉体。
1.2化学制备方法化学制备方法分为气相化学法和液相化学法。
气相化学法:是在远高于热力学计算临界反应温度条件下,反应产物蒸气形成很高的过饱和蒸汽压,使其自动凝聚形成大量的晶核。
这些晶核在加热区不断长大,聚集成颗粒。
随着气流进入低温区,颗粒生长、聚集、晶化过程停止,最终在收集室内收集得到纳米陶瓷粉体。
上海硅酸盐研究所的研究人员在1100~1400℃温度下,分别用Si(CH3)2C12、NH3、H2作为硅、碳、氮源和载气,制得了平均粒径为30~50nm的SiC纳米粉和平均粒径小于35nm无定形SiC/Si3N4纳米复合粉体。
气相化学合成按加热热源可分为电阻法、等离子体法、激光法和电子束法等。
对于原料容易挥发、蒸汽压高、反应温度不是太高的、反应性高的有机硅、金属氯化物或其它化合物,采用电阻加热法即可。
目前有产业化趋势的制备方法是等离子体法和激光法。
等离子体法是纳米陶瓷粉体制备的常用方法之一,用该方法制得了A1203、Si3N4、Si3N4/SiC、AlN、ZrN、TiN等氮化物纳米陶瓷粉体。
激光诱导气相沉积法的基本原理是利用反应气体分子(或光敏剂分子)对特定波长激光束的吸收,引起反应气体分子激光光解、激光热解、激光光敏化和激光诱导化学合成反应,经成核生长成超细粉末。
液相化学方法是通过液相来合成粉体,包括沉淀、溶胶凝胶、喷雾热解、水热合成。
沉淀法:在金属盐溶液中加入适当的沉淀剂得到陶瓷前驱体沉淀物,再将其煅烧形成纳米陶瓷粉体。
为了避免严重的硬团聚,往往引入冷冻干燥、超临界干燥、共沸蒸馏等技术手段。
已制备Y-TZP和Y203一Zr02粉体。
溶胶凝胶法:是20世纪60年代发展起来的一种方法,早期主要用于制备陶瓷材料,其原理是将醇盐溶解于有机溶剂巾,通过加入蒸馏水使醇盐水解、聚合、形成溶胶,然后随着水的加入转变成凝胶。
凝胶在真空状态下低温干燥,得到疏松的干凝胶,再将其高温煅烧,可得到氧化物纳米陶瓷粉体。
采用溶胶凝胶法很容易合成A1203、Fe203、ZrO2以及氧化物复合粉等纳米粉体。
天津大学的侯峰等人也冈此法制备了钙钛矿纳米陶瓷薄膜。
喷雾热解法:将金属盐溶液以雾状喷人高温气氛中,此时立即引起溶剂的蒸发和金属盐的热分解,随后因过饱和而析出固相,从而直接得到氧化物纳米粉体。
或者将溶液喷人高温气氛中干燥,然后再经热处理形成粉体。
赵新等用喷雾热解法合成了纳米复合粒子。
水热合成法:是在密闭反应器中以水溶液作为反应体系,通过将水溶液加热至临界温度(或接近I临界温度)来进行材料制备。
利用超临界的水热合成装置,可连续获得Fe203、Ti02、Zr02、BaO.6Fe203、Fe304、NiO、Ce02等一系列纳米氧化物粉体。
国外采用气相氢氧焰水解法大批量生产纳米二氧化钛粉体,对于CdS、In2S3、ZnS、SnS2、CoS2等纳米粉体都可用热合成。
2纳米陶瓷材料的性能当普通陶瓷成为纳米陶瓷后,因品粒尺寸减小,故材料的硬度和强度提高,一般要高出4~5倍。
如在100℃下,纳米陶瓷的显微硬度为13000kN/mm2,而普通陶瓷的显微硬度低于2000kN/mm2。
在陶瓷基体中引入纳米分散相并进行复合,所制得的纳米陶瓷复合材料的综合力学性能更是得到大幅度提高。
现已成功制备出多种体系的纳米陶瓷复合材料,料的力学性能得到明显改善,见表1。
表1 纳米陶瓷复合材料力学性能的改善对于A1203/SiC系统来说,纳米复合材料的强度比单相氧化铝的强度提高了3~4倍。
此外纳米晶Ti02与单品Ti02或粗颗粒压缩体的相应值比,性能更好,而烧结温度却要低400—600℃,且烧结不需要任何的添加剂,可形成高密度、细晶粒的材料,这对需高温烧结的陶瓷材料的生成特别有利。
材料的超塑性:所谓超塑性是指材料在一定的应变速率下,产生较大的拉伸形变。
尽管人们发现Y-ZTP、A1203、Si3N4等陶瓷材料在高温时(1100-1600℃)具有超塑性,但普通陶瓷室温超塑性却未见报道。
而纳米陶瓷因其超微颗粒的小尺寸效应、表面和界面效应、量子尺寸和宏观量子隧道效应,使其在材料形成过程和结构中有突出表现,从而使纳米陶瓷呈现出独特性能。
由此,人们追求的陶瓷超塑性问题有望在纳米陶瓷中解决。
三、纳米陶瓷的应用与前景1.应用1.1 信息领域电子陶瓷的应用范围日趋广阔,包括基板、传感器、感测器、电容器、压电蜂鸣器和热敏电阻等。
纳米陶瓷粉体之所以广泛地用于制备电子陶瓷,原因在于陶瓷粉体晶粒的纳米化会造成晶界数量的大大增加,当陶瓷中的晶粒尺寸减小一个数量级,晶粒的表面积及晶界的体积亦以相应的倍数增加。
纳米功能陶瓷可降低产品的成本,并且大大提高产品的质量。
如纳米Y2O3和ZrO2在较低温度烧结的陶瓷具有很高的韧性和强度,被用于轴承和刀具等耐磨器件。
用纳米Al2O3陶瓷粉体为基体,利用其致密速度快、烧结温度低和良好的界面延展性,在烧结过程中控制颗粒尺寸在200~500nm的最佳范围,可以获得具有良好超塑性的纳米陶瓷材料。
1.2 生物领域生物功能陶瓷能够模仿人体某些特殊生理行为,可以用来构成牙齿和骨骼等某些人体部位,甚至可望部分或整体地修复或替换人体的某种组织器官,或者增加其功能。
要使生物陶瓷具有特殊生理行为,必须满足下述生物学要求:(1)与生物机体相容,对生物机体组织无毒、无刺激、无过敏反应、无致畸、致突变和致癌等作用;(2)满足一定的力学要求,有足够的强度弹性形变和被替换的组织相匹配;(3)能和人体其它组织相互结合。
利用纳米微粒可在体内方便传输的特点,科学家开发出放射疗法用的陶瓷微粒。
把可放射β射线的化学元素掺入纳米微粒内,制成β射线源材料,把它植入肿瘤附近,就可直接照射癌细胞又不损伤周围正常组织。
目前,一种生物陶瓷材料硅酸铝钇(YAS)就可以满足这些要求。
初步临床表明,用这种材料治疗可以大大延长病人的寿命。
1.3 抗菌(杀菌)方面抗菌(杀菌)陶瓷是一种保护环境的新型功能材料,是抗菌剂、抗菌技术与陶瓷材料结合的产物,也是材料科学与微生物学相结合的产物,是利用高科技抑制和杀灭细菌,使传统产品增加科技含量的典型例证。
由于纳米材料具有表面与界面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应,其纳米抗菌粉体的抗菌效果将更强,能够广泛用于卫生、医疗、家庭居室、民用或工业建筑,有着广阔的市场前景,已成为高技术产品研究开发的热点之一。
目前,按照作用于微生物的机理来划分,抗菌陶瓷可分为两大类:一类是银系缓释型抗菌陶瓷;另一类是纳米钛系光触媒型抗菌陶瓷。
其中纳米磷酸锆载银抗菌粉体载陶瓷釉具有缓释性,使得载银抗菌瓷具有持久抗菌性。
1.4 压电方面纳米陶瓷晶体结构上没有对称中心,具有压电效应。
压电陶瓷具有易于制造、成本低、不受尺寸和形状的限制等很多优点。
通过精选材料组成体系和添加物改性,可以获得高性能和低温烧结兼优的压电纳米陶瓷材料。
通过控制纳米晶粒的生长可获得量子限域效应,以及性能奇异的铁电体,以提高压电热解材料机电转换和热释性能。
近年迅速发展的各类压电变压器、压电驱动器、大功率超声焊接技术、压电式振动给料器、超声CVD新工艺和核电站相配套的大功率超声工程都是纳米陶瓷在压电方面的应用。
1.5 增韧方面纳米功能陶瓷很好地解决了陶瓷的脆性问题,将纳米金属颗粒尤其是高温合金相制成的纳米颗粒,加入到陶瓷材料中,可以使陶瓷的韧性和抗冲击力得到很大的提高,又不降低原有的强度和硬度,综合了陶瓷和金属两方面的优势,应用领域十分广泛。
特别是轴承工业,目前,陶瓷材料己被成功地用来制造机床滚动轴承、水泵滑动轴承等。
如水泵中的陶瓷滑动轴承,由于它能够在含有泥沙类固相颗粒的液体中运转,并且具有良好的耐腐蚀性,因而对于直接输送海水或江水的船用泵来说,具有特别重要的意义。
加之良好的导热性能,使泵在一定的干运转期间,不会因过高的升温而发生烧毁。
目前纳米陶瓷在轴承中的应用主要有以下几个方面:(1)制成全陶瓷的纳米陶瓷,使制品与常规陶瓷材料相比,其综合性能,尤其是抗断裂韧性有大幅度的提高;(2)将纳米陶瓷添加到橡胶等轴承材料中,改善原材料的强度和耐磨性;(3)通过在原轴承材料表面涂覆纳米陶瓷涂层,提高原轴承材料的耐磨性和使用寿命。