纳米陶瓷



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  纳米陶瓷是指显微结构具有纳米量级水平的陶瓷材料。

这里,显微结构是指借助于各种显微分析仪器所观察到的材料的内部组织。先进陶瓷的显微结构主要是由许多晶粒组成的多晶体结构。目前绝大部分先进陶瓷的显微结构处于微米量级水平,即晶粒尺寸为 1 ~ 10 μ m ,在 1 cm 3 体积中约有 10 10 个晶粒。纳米陶瓷的显微结构则更加细微,具有纳米量级水平,即晶粒尺寸为 1 ~ 100nm ,在 1cm 3 体积中约有 10 19 个晶粒。由此可知,纳米陶瓷较先进陶瓷其晶粒细小得多。

可别以为这仅仅是数量上的变化,这种显微结构的微细化会引起陶瓷在性能上的质变。在纳米陶瓷中, l cm 3 体积中存在 10 19 个晶粒边界(称为晶界),晶界上的原子占晶体总原子数的 50 %,它们受到周围原子的相互作用,其排列组态既不同于晶体(晶体内原子规则排列),也不同于非晶态(非晶态如玻璃,其中原子呈短程有序、远程无序的排列),这种新的原子排列组态给纳米陶瓷带来了许多新性能。纳米陶瓷晶粒细化,有助于晶间的滑移,从而导致了超塑性;也因为晶粒细化,材料中的气孔和其他缺陷尺寸减小,可获得少缺陷甚至无缺陷的陶瓷,其力学性能大幅度地得到提高。总之,纳米陶瓷使陶瓷的原有性能得到很大的改善,以致在性能上发生突变,甚至出现新的性能或功能。

要获得纳米陶瓷,科学家需要制备相应的甚至更细的陶瓷粉末,寻求新的粉料制备方法,探索成型和烧结新工艺等。总之,需要进行大量艰苦、细致的攻关,才能实现陶瓷发展中的这第三次飞跃。

目前在陶瓷显微结构微细化方面,人们已经取得了一些研究成果。例如,晶粒非常细小的氧化锆陶瓷的力学性能得到了改善,亚微米晶粒的钛酸钡陶瓷的电学性能已有大幅度提高。预计在不久的将来研制纳米陶瓷方面会取得重大突破。

信息来源:纳米陶瓷


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