纳米陶瓷99课件

纳米陶瓷纳米陶瓷：指显微结构中的物相(包括晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔与尺寸缺陷等)都在纳米量级的水平上的陶瓷材料。纳米陶瓷的晶粒、晶界以及它们之间的结合都处在纳米尺寸水平。现有陶瓷材料的晶粒尺寸一般是在微米级的水平。当其晶粒尺寸变小到纳米级的范围时，晶粒的表面积和晶界的体积会以相应的倍数增加，晶粒的表面能亦随之剧增。由于颗粒的线度减少而引起表面效应和体积效应，使得材料的物理、化学性质发生一系列变化，而且甚至出现许多特殊的物理与化学性质。纳米陶瓷的特性种类超塑性铁电性能增韧特性在一定的应变速率下，材料产生较大的拉伸形变。因此表现出甚佳的韧性与延展性。

随着晶粒尺寸的变小，铁电材料的铁电性能降低，而且存在一个临界尺寸，当材料的晶粒大小低于这个尺寸时，铁电材料的铁电性消失。

由于纳米陶瓷的晶粒尺寸极小，纳米材料具有很大的比表面积，表面的原子排列混乱，纳米晶粒易在其它晶粒上运动，使纳米陶瓷在受力时易于变形而不呈现脆性。

例子3mol%氧化钇的四方多晶氧化锆陶瓷、纳米TiO2

纳米钛酸钡陶瓷

加了纳米SiO2的AlN陶瓷

军事领域

纳米陶瓷具有高活性和耐冲击的性能。因此，可以大大地改善武器和装甲的抗烧蚀性和抗冲击性、提高硬度、减轻重量、延长使用寿命等。纳米吸波材料军用隐形战机纳米防弹背心纳米陶瓷的应用特点陶瓷材料的几大优点：耐高温、高硬度、耐磨损、耐腐蚀、低膨胀系数、质轻等优点缺点：脆、延展性差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2、液相法：液相法则是选择一种或多种合适的可溶性金属盐类，按所制备的材料组成计量配制成溶液，使各元素呈郭或分子态，再选择一种合适的沉淀剂或用蒸发、升华、水解等操作，使金属离子均匀沉淀或结晶出来，最后将沉淀或结晶脱水或者加热分解而得到纳米陶瓷粉体优点：设备较简单，粉体较纯，团聚少，易工业化生产3、固相法：指纳米粉体是由固相原料制得，按其加工的工艺特点可分为机械粉碎法和固相反应法两

类。优点：所用设备较简单，方便操作缺点：纯度较低，料度分布较广烧结：陶瓷材料致密化、晶体长大、晶界形成的过程

纳米陶瓷烧结过程的关键：如何在控制晶粒长大很少的前提下实现致密化烧结方法：（传统）无压烧结、热压烧结仍广泛使用。（新）微波烧结、等离子体烧结、高压烧结、爆炸烧结制备方法评价不论哪种制备方法一般需满足以下标准：1.化学纯度高，均匀性好，粉体流动性好。2.晶相稳定性好，表面清洁度高。3.粒径小于100nm，粒度分布范围窄。4.团聚程度小，粒子几何形状规一，颗粒一般为自形晶形。1、高强度：纳米陶瓷的性能：纳米陶瓷材料在压制、烧结后，其强度比普通陶瓷材料高出4-5倍，如在100度下，纳米TiO2陶瓷的显微硬度为13000KN/mm2，而普通TiO2陶瓷的显微硬度低于2000KN/mm2。日本的新原皓一制备了纳米陶瓷复合材料，并测定了其相关的力学性能，研究表明纳米陶瓷复合材料在韧性和强度上都比原来基体单相材料均有较大程度的改善，对Al2O3/SiC系统来说，纳米复合材料的强陶度比单相氧化铝的强度提高了3-4倍。3、超塑性超塑性是指在拉伸试验中，在一定的应变速率下，材料产生较大的拉伸形变。如Nieh等人在四方二氧化锆中加入Y2O3的陶瓷材料中观察到超塑性达800%.上海硅酸盐研究所研究发现，纳米3Y-TZP陶瓷(100nm左右)在经室温循环拉伸试验后，其样品的断口区域发生了局部超塑性形变，形变量高达380%，并从断口侧面观察到了大量通常出现在金属断口的滑移线，这些都确认了纳米陶瓷材料存在着拉伸超塑性。4、烧结特性纳米陶瓷材料的烧结温度比传统陶瓷材料约低600℃,烧结过程也大大缩短。12nm的TiO2粉体，不加任何烧结助剂，可以在低于常规烧结温度400-600℃下进行烧结，同时陶瓷的致密化速率也迅速提高。通过对加3%Y2O3的ZrO2纳米陶瓷粉体的致密化和晶粒生长这2个高温动力学过程研究表明，由于晶粒尺寸小，分布窄，晶界与气孔的分离区减小，烧结温度的降低使得烧结过程中不易出现晶粒的异常生长。控制烧结的条件，可获得晶粒分布均匀的纳米陶瓷块体。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。纳米保健陶瓷片纳米陶瓷的应用压电方面

由于纳米陶瓷晶体结构上没有对称中心，具有压电效应。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。压电陶瓷驱动器压电变压器纳米陶瓷的应用坚韧方面

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。纳米陶瓷刀机床滚动轴承纳米陶瓷的应用汽车工业

纳米陶瓷具有高硬度、高韧性、超塑性、高耐磨性以及耐高温高压性、抗腐性、气敏性、易加工可切削性等性能，拓展了它在汽车工业中的应用领域。手动挡杆纳米陶瓷轴承纳米陶瓷的应用涂料工业

纳米陶瓷粉末涂料在高温环境下具有优异的隔热保温效果，不燃烧、不脱落、耐水、防潮、无毒，对环境没有污染。纳米陶瓷粉末涂料耐高温透明纳米陶瓷涂料纳米陶瓷的应用

麦饭石和远红外线材料麦饭石与远红外材料按一定比例混匀，共同粉碎，然后在1100℃左右煅烧，经超细粉碎，引入到各种材料中，制成的产品在常温下由于可见光的激发能发射出远红外线，它有促进人体微循环的作用，从而广泛应用于医疗保健等领域。富士康全世界第一款纳米陶瓷风扇纳米陶瓷轴承（NCB）的风扇：耐高温，纳米级的粒子润滑剂性能好，寿命成倍延长。防止温度过高而卡住轴心的现象金属表面晶体缺陷

真实金属或合金晶体的表面几乎都有缺陷，表面缺陷的存在对表面物理、表面化学、表面晶相等均有显著影响。当我们向润滑油中添加一定比例的纳米级的金属陶瓷材料时，这些新鲜的金属表面的悬空键便会迅速与纳米金属材料结合，形成牢固的共价键或金属键结构。我国第一款大量出口的发动机宝马一