纳米陶瓷

纳米陶瓷利用纳米技术开发的纳米陶瓷材料是指在陶瓷材料的显微结构中，晶粒、晶界以及它们之间的结合都处在纳米水平（1～100nm），使得材料的强度、韧性和超塑性大幅度提高，克服了工程陶瓷的许多不足，并对材料的力学、电学、热学、磁学、光学等性能产生重要影响，为替代工程陶瓷的应用开拓了新领域。新型纳米陶瓷产品纳米陶瓷特性1、高强度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℃下纳米TiO2陶瓷的显微硬度为13000KN/mm²，而普通456)陶瓷的显微硬度低于2000KN/mm²。2、高韧性纳米陶瓷由于其晶粒尺寸小至纳米级，在受力时可产生变形而表现出一定的韧性。如室温下的纳米TiO2陶瓷表现出很高的韧性，压缩至原长度的1/4仍不破碎。3、超塑性纳米陶瓷在高温下具有类似与金属的超塑性，纳米TiO2陶瓷在室温下就可发生塑性形变，在180℃下塑性形变可达100%。工程材料纳米陶瓷特性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。5、磁学性能纳米颗粒由于尺寸超细，一般为单畴颗粒，其磁化过程由晶粒的磁各向异性和晶粒间的磁相互作用所决定。晶粒的磁各向异性与颗粒的形状晶体结构内应力以及晶粒表面的原子状况有关。另外在纳米材料中存在大量的界面成分，当晶粒尺寸减小到纳米级时，晶粒之间的铁磁性相互作用并开始对材料的宏观磁性产生重要影响。工程材料纳米陶瓷制备工程材料纳米陶瓷的制备工艺主要包括纳米粉体的制备、成型和烧结。目前世界上对纳米陶瓷粉体的制备方法多种多样，但应用较广且方法较成熟的主要有气相合成和凝聚相合成2种，再加上一些其它方法。制备方法气相合成主要有气相高温裂解法、喷雾转化法和化学气相合成法，这些方法较具实用性。化学气相合成法可以认为是惰性气体凝聚法的一种变型，它既可制备纳米非氧化物粉体，也可制备纳米氧化物粉体。这种合成法增强了低温下的可烧结性，并且有相对高的纯净性和高的表面及晶粒边界纯度。原料的坩埚中经加热直接蒸发成气态，以产生悬浮微粒和或烟雾状原子团。原子团的平均粒径可通过改变蒸发速率以及蒸发室内的惰性气体的压强来控制，粒径可小至3～4nm，是制备纳米陶瓷最有希望的途径之一。制备方法凝聚相合成（溶胶一凝胶法）是指在水溶液中加入有机配体与金属离子形成配合物，通过控制PH值、反应温度等条件让其水解、聚合，经溶胶→凝胶而形成一种空间骨架结构，再脱水焙烧得到目的产物的一种方法。此法在制备复合氧化物纳米陶瓷材料时具有很大的优越性。凝聚相合成已被用于生产小于10nm的SiO2、Al2O3和TiO2纳米团。纳米陶瓷应用工程材料1、军事领域2、生物领域3、更坚硬的切削工具4、抗菌5、高能磁性物质6、高灵敏度的传感器7、汽车工业8、航空领域•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“装甲”T恤纳米陶瓷的应用•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•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。纳米陶瓷抗菌餐具纳米陶瓷的应用•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陶瓷刀简介纳米陶瓷刀使用精密陶瓷高压研制而成，故称陶瓷刀。陶瓷刀号称“贵族刀”作为现代高科技的产物，具有传统金属刀具所无法比拟的优点；采用高科技纳米氧化锆为原料，因此陶瓷刀又叫“锆宝石刀”，它的高雅和名贵可见一斑。陶瓷刀的特点•1、高硬度、高耐磨。使用航天用的特种陶瓷高科技高温制成，硬度仅略低于金刚石。陶瓷刀的硬度为9，仅次于世界上最硬的物质──钻石(10)•2、不需要磨刀，永不生锈。使用时不摔至地面、不用外力撞击、不去剁或砍，正常使用的情况下永久都不需磨刀。•3、抗腐蚀、不留铁腥味、永不生锈、易清洗。不会给食物带来异味。•4、无毒、卫生环保、健康。采用生物医学材料制造，不含镍、铬等重金属元素。表面密度大，不容易沾染食物汁液，减少细菌滋生机会。陶瓷刀超强的抗菌功能，非常适合切食可直接食用的食物。是呵护婴幼儿健康成长的最佳刀具。•5、绿色刀具保持食品的原色、原味，削过的水果不变颜色。材料化学性能稳定，耐酸碱，健康环保，不会与食物发生任何化学反应。可耐各种酸碱有机物的腐蚀，不与食物发生任何反应。非常适合于切食生鱼片、水果、蔬菜、无骨肉及熟食。•6、不留异味。传统金属的刀具因其表面有无数细孔，因此料理食材会有汤汁残留于毛细孔中，且料理食材时金属制的刀具会与微量的金属元素，形成异味或金属味；而陶瓷刀的密度相当高，所以表面无毛细孔且陶瓷材质研制，不会有异味或金属味。刀身经过1700℃高温烧结，全致密、无孔隙、无磁性。使用时不粘污，易于清洁且抑菌。•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宝马一款大量使用陶瓷材料的发动机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。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纳米陶瓷的应用•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。纳米传感器纳米电容•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。总结语（未来展望）①在性能方面，纳米陶瓷应该向开发制备高效率、低成本、多功能和智能化的方向发展。②在设备技术方面，纳米陶瓷应该向低温烧结、小型化方向发展。③在应用方面，纳米陶瓷应该向着智能化敏感陶瓷元件和高稳定性陶瓷电容器等方向发展。