納米是一個很小的單位，1納米等于0.000001毫米。什么是納米陶瓷？


當然不是指陶瓷的尺寸是納米級別，而是說組成陶瓷的所有晶粒尺寸在100納米以下。納米陶瓷熱起來的原因，當然是因為納米材料的興起。1987年，有人在Science上發(fā)了一篇論文，介紹了一種氟化鈣納米陶瓷材料，在常溫下表現(xiàn)出極好的超塑性。他對這塊氟化鈣施加了很大的壓力，使之發(fā)生巨大的形變。但讓人感到驚奇的是，雖然變形十分嚴重，但整塊陶瓷卻沒有碎，不但沒碎，連裂紋都沒有出現(xiàn)。


1、納米陶瓷表現(xiàn)出的驚艷特性


納米化是陶瓷工業(yè)中的一次變革，受到世界各產(chǎn)瓷國的普遍重視，那么，納米技術(shù)的出現(xiàn)解決了陶瓷材料的哪些“毛病”呢？

納米陶瓷的性能特點主要體現(xiàn)在力學性能、超塑性、鐵電性等幾個方面。


力學性能


納米陶瓷的力學性能主要體現(xiàn)在硬度、彎曲強度、延展性和斷裂韌度等。就硬度而言，納米陶瓷是普通陶瓷的5倍甚至更高。在100℃下，納米TiO2陶瓷的硬度為1.3GPa，而普通陶瓷則為0.1GPa左右。


納米陶瓷材料有高于普通陶瓷的韌性，這是其最大的優(yōu)點之一。由于納米陶瓷具有較大的晶界界面，在界面上原子排列無序，在外界應力的作用下很容易發(fā)生遷移，因此展現(xiàn)出優(yōu)于普通陶瓷的韌性。


超塑性


超塑性是指在拉伸試驗中，在一定的應變速率下，材料會產(chǎn)生較大的拉伸形變。普通陶瓷是一種脆性材料，在常溫下沒有超塑性，很難發(fā)生形變。原因是其內(nèi)部滑移系統(tǒng)少，錯位運動困難，錯位密度小。只有達到1000℃以上，陶瓷才具有一定的塑性。一般認為，若想具有超塑性，則需要有較小的粒徑和快速的擴散途徑。納米陶瓷不但粒徑較小，且界面的原子排列較復雜、混亂，又含有眾多的不飽和鍵。原子在變形作用下很容易發(fā)生移動，因此表現(xiàn)出較好的延展性。


鐵電性


陶瓷的晶體尺寸直接影響其鐵電性能。隨著晶粒尺寸的降低，其鐵電性能會逐漸降低。當其尺寸小到一定值時，材料的整個鐵電性能會消失。所以，納米陶瓷的這方面特性也引起了科研人員的注意。


2、納米陶瓷的應用


納米陶瓷的上述性能克服了多數(shù)工程陶瓷自身材質(zhì)的不足，在超高溫、強腐蝕等極端環(huán)境下發(fā)揮著不容忽視的作用，市場前景十分可觀，其應用主要如下：


納米陶瓷材料依據(jù)性能可分為２大類型：一類是納米結(jié)構(gòu)陶瓷，另一類是納米功能陶瓷。前者是在傳統(tǒng)陶瓷粉體中通過加入納米顆粒，或是將傳統(tǒng)陶瓷粉體納米化，通過在燒結(jié)凝固時控制凝固或結(jié)晶相的大小和分布，從而改變陶瓷顯微結(jié)構(gòu)以提高其力學性能所制得的納米陶瓷材料。后者是通過添加具有獨特功能的納米相或顆粒，或本身在常規(guī)微米級時未能完全表現(xiàn)出來的通過超細化而具有特殊功能的納米陶瓷材料，這些特殊功能包括聲學、光學、電學、磁學、生物活性、對環(huán)境的敏感性等。

高溫材料


納米陶瓷具有的高耐熱性，優(yōu)異的高溫抗氧化性、低密度、高斷裂韌性、抗腐蝕性和耐磨性，對提高航空發(fā)動機的渦輪線溫度，進而提高發(fā)動機的推重比和降低燃燒的能量消耗可以發(fā)揮重要作用。不僅如此，納米陶瓷具有的低溫超塑性在制造上較為容易，有望成為艦艇、軍用渦輪和其他高溫部件的理想材料，以此提高發(fā)動機的效率、可靠性和工作壽命。


汽車工業(yè)材料


納米陶瓷可作為汽車連桿、推桿、軸承、氣缸內(nèi)襯、活塞頂?shù)炔牧希部捎糜谧餮鮽鞲衅鱽頇z測汽車尾氣，還可用于制造燃料電池汽車中的高溫燃料電池。


電子元器件及壓電陶瓷領(lǐng)域


納米陶瓷的電學性能使其可作為壓電陶瓷材料，從而根據(jù)產(chǎn)品需要廣泛應用于電子、激光、通訊、生物、醫(yī)學、導航、自動控制、精密加工、壓電傳感、計量檢測、超聲水聲、引燃引爆等軍用、商用和民用等領(lǐng)域。


納米陶瓷晶體結(jié)構(gòu)上沒有對稱中心，具有壓電效應。壓電陶瓷具有易于制造、成本低、不受尺寸和形狀的限制等很多優(yōu)點。通過精選材料組成體系和添加物改性，可以獲得高性能和低溫燒結(jié)兼優(yōu)的壓電納米陶瓷材料。通過控制納米晶粒的生長可獲得量子限域效應，以及性能奇異的鐵電體，以提高壓電熱解材料機電轉(zhuǎn)換和熱釋性能。近年迅速發(fā)展的各類壓電變壓器、壓電驅(qū)動器、大功率超聲焊接技術(shù)、壓電式振動給料器、超聲CVD新工藝和核電站相配套的大功率超聲工程都是納米陶瓷在壓電方面的應用。


生物醫(yī)療領(lǐng)域


納米生物功能陶瓷能夠模仿人體某些特殊生理行為，可以用來構(gòu)成牙齒和骨骼等某些人體部位，甚至可望部分或整體地修復或替換人體的某種組織器官，或者增加其功能。


文章來源： 粉體網(wǎng)， 李衛(wèi)聊科技， 廣州先進陶瓷展
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來源：賢集網(wǎng)
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