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纳米陶瓷材料的性能、运用及其发展前景中国的陶器可追溯到9000年前,瓷器也早在4000年前出现。
最初利用火煅烧粘土制成陶器。
后来提高燃烧温度的技术出现, 发现高温烧制的陶器, 由于局部熔化而变得更加致密坚硬, 完全改变了陶器多孔、透水的缺点, 以粘土、石英、长石等矿物原料烧制而成的瓷器登上了历史舞台。
新型陶瓷诞生于20世纪二三十年代, 科学技术高速发展,对材料提出了更高的要求。
在传统陶瓷基础上, 一些强度高、性能好的新型陶瓷不断涌现, 它们的玻璃相含量都低于传统陶瓷。
纳米陶瓷的研究始于80 年代中期。
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。
先进陶瓷材料是当前世界上发展最快的高技术材料，它已经由单相陶瓷发展到多相复合陶瓷，由微米级陶瓷复合材料发展到纳米级陶瓷复合材料。
先进陶瓷材料主要有功能陶瓷材料和结构陶瓷材料两大类。
其中，在结构材料中，人们已经研制出氮化硅高温结构陶瓷，这种材料不仅克服了陶瓷的致命的脆弱性，而且具有很强的韧性、可塑性、耐磨性和抗冲击能力，与普通热燃气轮机相比，陶瓷热机的重量可减轻 30％，而功率则提高 30％，节约燃料 50％。
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。
纳米陶瓷特性及其应用领域浅析
陶瓷材料在日常生活、工业、军事等领域中起着举足轻重的作用。
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。
纳米陶瓷的出现，极大的改善了传统陶瓷的性能短板，使得陶瓷材料的应用跨上了一个新台阶。
纳米陶瓷是纳米材料的一个分支，是指平均晶粒尺寸小于100nm的陶瓷材料。
纳米陶瓷其晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在纳米量级的。
从纳米陶瓷的微观结构分析，纳米陶瓷将在以下几方面突破传统陶瓷的性能短板：
1、纳米陶瓷的室温超塑性
普通陶瓷材料由于太硬太脆，加工极困难．很难像金属一样进行切割、钻孔等操作，这也是普通陶瓷材料的应用受局限的原因之一。
纳米陶瓷的室温超塑性将使得陶瓷在保留其耐化学腐蚀、耐高温高压等优良性能的前提上，有可能像其他材料一样进行锻造、挤压、拉拔、弯曲等特种加工，不需磨削，直接制备精密尺寸的零件。
2、高韧性是纳米陶瓷的另一项优良性能。
陶瓷材料尽管有耐磨损、耐腐蚀等优异性能，但由于其固有的脆性，其应用范围远远小于钢铁、塑料等主流的应用材料，纳米陶瓷的出现将有可能彻底改变这个局面。
3、纳米陶瓷可低温烧结
不少纳米陶瓷材料都已实现在1000℃以下致密化，而且还有可能继续大幅降低。
这样不仅可以节省大量宝贵的能源，同时也有利于环境的净化。
4、除了以上所列举的基于结构性能方面的应用，纳米陶瓷另一重要性能。
纳米陶瓷研究报告
随着纳米科技的发展，纳米陶瓷作为一种新型材料受到了越来越多的关注和研究。
本报告将介绍纳米陶瓷的概念、制备方法、性能及应用。
一、概念
纳米陶瓷是指晶粒尺寸小于100纳米的陶瓷材料，具有高度的化学稳定性、硬度和耐磨性，同时具备一定的透光性和导电性。
二、制备方法
目前纳米陶瓷的制备方法主要包括溶胶凝胶法、晶种法、高能球磨法、等离子体喷雾法等。
其中，溶胶凝胶法是最常用的方法之一，其基本原理是将金属或非金属离子溶解在溶液中，经过凝胶和热处理后得到纳米陶瓷。
三、性能
纳米陶瓷具有以下性能特点：
1.高硬度和耐磨性：晶粒尺寸小，表面积大，能够承受更大的外力和摩擦力。
2.高强度和韧性：晶粒尺寸小，界面面积大，形成了多级结构，能抵御外力影响。
3.高化学稳定性：纳米晶体结构稳定，不易受到化学反应影响。
4.一定的透光性和导电性：纳米陶瓷能够在一定范围内透光，同时也具备一定的导电性能。
四、应用
纳米陶瓷的应用领域非常广泛，主要应用于高科技领域、生物医学领域、环境保护领域和航空航天领域等。
比如在高科技领域，纳米陶瓷可应用于高温、高压环境下的部件、传感器等；在生物医学领域，纳米陶瓷可应用于人工骨骼、牙科修复等；在环境保护领域，纳米陶瓷可应用于清洁污染物等。
综上所述，纳米陶瓷是一种具有优良性能的新型材料，具有广泛的应用前景。
随着制备工艺和性能的不断提升，相信纳米陶瓷将在更多领域得到应用。
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，其特点是颗粒尺寸在纳米
级别，通常小于100纳米。
由于其特殊的结构和性能，纳米陶瓷材料在材料科学领域备受关注，并在多个领域得到了广泛应用。
首先，纳米陶瓷材料具有优异的力学性能。
由于其颗粒尺寸较小，纳米陶瓷材
料具有更高的强度和硬度，这使得它在制备高强度、高硬度的陶瓷制品时具有独特的优势。
例如，纳米陶瓷材料可以用于制备耐磨材料，如陶瓷刀具、陶瓷轴承等，其耐磨性能明显优于传统陶瓷材料。
其次，纳米陶瓷材料还具有优异的化学稳定性和耐高温性能。
由于其纳米级颗
粒尺寸和特殊的结构，纳米陶瓷材料表面积大，表面活性高，因此具有较强的化学反应活性。
同时，纳米陶瓷材料也具有较高的热稳定性，能够在较高温度下保持稳定的物理和化学性质。
这使得纳米陶瓷材料在高温环境下的应用具有广阔的前景，例如在航空航天、汽车发动机等领域有着重要的应用价值。
此外，纳米陶瓷材料还具有优异的光学性能和电学性能。
由于其微观纳米结构，纳米陶瓷材料对光的吸收、散射和透射等过程表现出特殊的性能，因此在光学器件、光学涂料等领域有着广泛的应用。
同时，纳米陶瓷材料也具有较高的电学性能，可以用于制备高性能的电子器件和电子陶瓷材料。
总的来说，纳米陶瓷材料具有独特的微观结构和优异的性能，因此在材料科学
领域具有广阔的应用前景。
随着纳米技术的不断发展和完善，相信纳米陶瓷材料在未来会有更多的突破和创新，为人类社会的发展进步带来更多的惊喜和机遇。
纳米陶瓷材料的力学性能研究引言：纳米陶瓷材料在近年来受到了广泛的关注和研究，其在材料科学领域具有巨大的应用潜力。
在纳米尺度下，物质表面的特性和力学性能发生了重大变化，因此对纳米陶瓷材料的力学性能研究具有重要意义。
本文将从纳米陶瓷材料的力学特性和应变行为两个方面，探讨其研究进展和应用前景。
一、纳米陶瓷材料的力学特性纳米陶瓷材料的力学特性受到尺寸效应的影响，其力学性能表现出非常特殊的行为。
首先，纳米陶瓷材料的强度和硬度呈现出明显的增加。
由于缺陷的减少和晶界的增加，纳米陶瓷的晶体结构更加致密，导致其强度和硬度提高。
此外，纳米陶瓷材料的韧性也得到了显著提升。
纳米陶瓷材料的小尺寸效应使得其易发生塑性变形，可以更好地吸收能量，从而提高了其韧性。
二、纳米陶瓷材料的应变行为研究纳米陶瓷材料的应变行为对于了解其力学性能至关重要。
纳米陶瓷材料在受力时存在着明显的非线性应变行为，与其宏观单晶和微米尺度陶瓷材料存在差异。
首先，纳米陶瓷材料的应变曲线呈现出显著的弹性范围，高应变区域呈现出塑性行为。
这可能与纳米结构中晶界和缺陷的增加有关。
其次，纳米陶瓷材料的断裂形貌往往呈现出断口韧窝，说明其在断裂过程中具有相对较好的韧性。
三、纳米陶瓷材料的应用前景纳米陶瓷材料由于其优异的力学性能，具有广泛的应用前景。
首先，纳米陶瓷材料可以应用于高温环境下的结构材料。
其优异的耐热性能使得其可以在极端高温下保持结构完整性。
此外，纳米陶瓷材料还可以应用于电子器件和能源领域。
由于其良好的导电性和热稳定性，纳米陶瓷材料可以用于制备高性能的传感器和储能器件。
此外，纳米陶瓷材料还可以应用于生物医学领域。
其生物相容性和抗菌性能使得其在医学器械和骨修复领域具有巨大潜力。
结论：纳米陶瓷材料的力学性能研究具有重要的学术意义和应用价值。
通过研究纳米陶瓷材料的力学特性和应变行为，可以更好地了解其力学性能和改善措施，为相关领域的应用提供理论依据。
随着纳米技术的不断发展和进步，纳米陶瓷材料有望在诸多领域展现出更为广阔的应用前景。
纳米级陶瓷绝热层
纳米级陶瓷绝热层是一种利用纳米技术制造的陶瓷材料，主要用于隔热和保温领域。
它具有以下特点：
1. 高绝热性：纳米级陶瓷绝热层具有极佳的绝热性能，能够有效地阻止热传递，提高热能利用率，持续保持物体固有的温度与能量，如隔热、保冷、防冻和减少热辐射等。
2. 优良的附着性：纳米级陶瓷绝热层具有很强的粘结力，可以与各种材质的表面牢固粘结，不易脱落。
3. 抗伸缩性：纳米级陶瓷绝热层可防止基材因冷/热引起的不同温度下的扩张与收缩，具有良好的抗张强度和弹性。
4. 环保性：纳米级陶瓷绝热层不含有害VOC物质成分、致癌性物质及其他有害聚合物、分解物和副产物，是一种环保材料。
5. 稳定性：纳米级陶瓷绝热层高温化学性能稳定，不与任何物质发生化学反应，不受酸、碱、腐蚀性物质的影响。
6. 耐磨性：纳米级陶瓷绝热层采用纳米技术制造，陶瓷颗粒成分紧密堆积，耐磨性好，耐磨强度是普通钢铁的3-4倍。
7. 优良的韧性：纳米级陶瓷绝热层能够有效防止在使用中因抗击、热频震动而造成的断裂脱落。
总的来说，纳米级陶瓷绝热层具有优异的隔热性能、粘结力、稳定性、耐磨性和韧性等特点，因此在工业、建筑、航天等领域有广泛的应用前景。
纳米陶瓷
及其主要性能简析
[摘要]
纳米陶瓷的超细晶粒、高浓度晶界以及晶界原子邻近状况决定了它们具有明显区别于普通陶瓷的特异性能。
本文对纳米陶瓷的这些主要的特异性能进行了阐述。
[关键词]
纳米陶瓷、显微结构、晶界、扩散、烧结、强度、韧性、超塑性
[引言]
陶瓷材料作为材料的三大支柱之一 ,在日常生活及工业生产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较大的限制。
随着纳米技术的广泛应用 ,纳米陶瓷随之产生 ,希望以此来克服陶瓷材料的脆性 ,使陶瓷具有象金属一样的柔韧性和可加工性。
英国著名材料专家 Cahn 在《自然》杂志上撰文说：纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径。
一、纳米陶瓷及其结构简介
所谓纳米陶瓷是指在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、缺陷尺寸等都是纳米水平的一类陶瓷。
我们知道陶瓷的烧结中粉料的粒度是重要的影响因素。
粒度越小，粉粒的表面积越大，表面能越大，烧结的推动力越大；同时晶界所占体积越大，扩散越容易，因而烧结速度越快。
当陶瓷中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。
如晶粒尺寸为nm 6~3，晶界的厚度为nm 2~1时，晶界的体积约占整个体积的%50。
由于晶粒细化引起表面能的急剧增加。
纳米陶瓷由纳米量级的粉料烧结而成，是晶粒尺寸在nm 100~1之间的多晶陶瓷。
所以结构中包含纳米量级的晶粒、晶界和缺陷。
由于晶粒细化，晶界数量大幅度增加。
当晶粒尺寸在nm 25以下，若晶界厚度为nm 1，则晶界处原子百分数达%50~%15，单位体积晶界的面积达32/600cm m ，晶界浓度达3
19/10cm 。
纳米陶瓷这样的特殊结构，使得其具有特殊的性能。
二、纳米陶瓷的主要性能及其简析
纳米陶瓷中纳米量级的晶粒、晶界和缺陷决定了它们具有区别于普通陶瓷的特殊性能，是纳米陶瓷性能优于普通陶瓷的根本原因所在。
1、 较低的烧结温度和较快的致密化速度
纳米颗粒粒径小，比表面积大，表面能高，表面原子数多。
这些表面原子近邻配合不全，活性大，因此纳米颗粒熔化时所需的内能较小，使其熔点急剧下降，一般为块体材料熔点的%50~%30。
所以对纳米粉料进行烧结时，只需不高的温度即可将其熔化并烧结成陶瓷。
因而纳米陶瓷的烧结温度比普通陶瓷降低很多。
由于在纳米陶瓷的晶粒边界含有大量的原子，无数的界面为原子提供了高密度的短程环形扩散途径，因此，与普通陶瓷相比，它们具有较高的扩散率。
因而用纳米粉料进行烧结，致密化速度快，也可以降低烧结温度。
2、 力学性能
人们认为纳米陶瓷是解决陶瓷韧性和提高强度的战略途径。
与普通陶瓷相比，纳米陶瓷的基本特征是晶粒尺寸非常小，晶界占有相当大的比例，并且纯度高，可使陶瓷材料的力学性能大为提高。
材料的断裂强度)(σ与晶粒尺寸)(G 有以下函数关系：
()2/1-=G f σ ⑴ 因为晶粒越细，晶粒上的应力相对均匀，不易产生应力集中；同时，晶粒越细，晶界越多，越曲折，不利于裂纹传播。
所以晶粒细化有利于强度和韧性的提高。
而纳米陶瓷由于晶粒细小，强度和韧性较普通陶瓷都有明显提高。
除晶粒尺寸外，显微结构中气孔常成为应力的集中点而影响材料的强度。
纳米陶瓷具有较高的扩散率，在烧结过程中易于通过表面扩散、晶界扩散和晶格扩散而填充气孔，同时通过晶界移动抑制晶粒的异常生长，从而降低了陶瓷中的气孔率，增大了其强度。
日常生活中最常用的陶瓷材料具有硬而脆的特点，脆是指它经不住冲击。
而纳米陶瓷由于气孔率低，以及材料中界面的各向同性，使得通常易碎的陶瓷变得具有韧性，达到类似于铁的耐弯曲性。
从而克服了普通陶瓷相比于金属易碎的缺点。
实验发现，纳米TiO 2陶瓷材料在室温下具有优良的韧性，在180℃经受弯曲而不产生裂纹。
3、 超塑性
超塑性是指材料在断裂前产生很大的伸长量（L L /∆大于或等于%100，L ∆为伸长量，
L 为原始试样长度）。
这种现象通常发生在经历中温)5.0(m T ≈以及中等到较低的应变速率()12610~10---s 条件下的细晶材料中。
超塑性机制目前还有争议，但是从实验中可以得出
晶界和扩散率在这一过程中起着主要作用。
普通陶瓷只有在C 01000以上，应变速率小于
1410--s 时才表现出塑性，而纳米2TiO 陶瓷在C 0180时塑性变形可达%100。
纳米2CaF 、ZnO 也在低温下出现了塑性变形。
上海硅酸盐研究所首次在国际上发现和证实了纳米TZP Y -3陶瓷（nm 100左右）室温循环拉伸断口表面的某些微观区域已发生了超塑性形变，从断口侧面观察到大量弯曲的滑移线，说明晶粒尺寸大小是陶瓷室温循环变形的关键，指出纳米陶瓷裂纹尖端的微区内发生的室温超塑性变形的微观机制为位错的滑移运动所致。
由于陶瓷多为离子键和共价键的结合，故其产生超塑性的条件为：①具有较大的晶格应变能力；②较小的粒径，且变形时能保持颗粒尺寸稳定性；③较高的试验温度；④具有较低的应力指数；⑤快速的扩散途径（增强的晶格、晶界扩散能力）。
纳米陶瓷具有较小的晶粒及快速的扩散途径，所以晶粒尺寸小于nm 50的纳米陶瓷有望具有室温超塑性，具有非常高
的断裂韧性，从而根本上克服陶瓷材料的脆性。
陶瓷超塑性的出现将使陶瓷的成型方法发生变革，并是复杂形状部件的成型成为可能。
它将变革现有的烧结工艺，使成型和烧结有可能一次完成，为开发新型结构陶瓷开辟了一条新途径。
利用陶瓷的超塑性，通过热煅等手段调整、优化结构，从而可以根据材料设计原则来获得所需结构，制备特殊性能的新型材料。
（下图为粒径为nm 130的纳米氧化锆陶瓷在C 01250下表现出的超塑性）
4、 电学性质
由于纳米陶瓷中庞大体积分数的界面使平移周期性在一定范围内遭到严重破坏，颗粒尺寸愈小，电子平均自由程愈短。
纳米陶瓷偏离理想周期场，必将引起电学性能的变化。
一般纳米材料的电阻高于常规材料。
主要原因是纳米材料中存在大量的晶界，几乎使大量的电子运动局限在小颗粒范围。
晶界原子排列越混乱，晶界厚度越大，对电子的散射能力就越强，界面这种高能垒使电阻升高。
另外，尽管电阻很小，但纳米材料的电导温度曲线的斜率比体相材料的要大。
改变纳米陶瓷中具有电导的组分就可以使陶瓷的电导发生数量级的改变。
纳米陶瓷有高的介电常数，这是界面极化（空间电荷极化）、转向极化和松弛极化对介电常数的贡献比普通陶瓷高得多引起的。
此外，人们在纳米非晶氮化硅块体上观察到了强的压电效应。
5、 光学性质
纳米陶瓷具有红外吸收、可见光发射以及非线性光学效应、光伏特性和磁场作用下的发光效应等。
三、纳米陶瓷应用的几点见解
1、如将纳米陶瓷退火使晶粒长大到微米量级，又将恢复通常陶瓷的特性。
因此，可以利用纳米陶瓷的范性对陶瓷进行挤压与扎制加工，随后进行热处理，使其转变为常规陶瓷，或进行表面热处理，使材料内部保持韧性，但表面却显示出高硬度、高耐磨性与抗腐蚀性。
例如，采用纳米陶瓷制备的纳米滚球，韧性和硬度远超过钢，具有永不生锈、永不腐蚀、耐磨、自润滑等功能。
2、从应用的角度发展高性能纳米陶瓷最重要的是降低纳米粉料的成本，在制备纳米粉体的工艺上除了保证纳米粉体的质量外，还要求生产量大。
所以寻找低成本高质量的制备纳米粉体的方法是发展纳米陶瓷最重要的环节之一。
3、在目前纳米粉体的生产成本较高的情况下，如何利用尽量少的纳米粉体，发挥其尽量大的作用也可以成为提高陶瓷性能的课题之一。
近两年来，科学工作者为了扩大纳米粉体在陶瓷改性中的应用，提出了添加纳米粉体室常规陶瓷综合性能得到改善的想法。
例如，把纳米氧化铝粉体加入粗晶粉体中提高氧化铝的致密度和耐热疲劳性能；英国把纳米氧化铝与二氧化锆进行混合在实验室已获得高韧性的陶瓷材料，烧结温度可降低C 0
100。
总之，纳米陶瓷可能具有的低温超塑性、延展性和极高的断裂韧性，将使其成为兼具常规陶瓷和金属的优良特性（如高强度、高硬度、高韧性、耐高温、耐腐蚀、易加工等）的新的结构和功能材料，在航空、航天、机械、电子信息等众多领域具有无限广阔的应用前景！
［参考书目］
1、陆佩文 主编《无机材料科学基础》，武汉工业大学出版社，1996年8月；
2、郑昌琼、冉均国 主编《新型无机材料》，科学出版社，2003年1月；
3、张立德 编著《纳米材料》，化学工业出版社，2001年4月；
4、刘吉平、郝向阳 编著《纳米科学与技术》，科学出版社，2002年8月。
