纳米陶瓷课件.pptVIP

发展史 陶瓷已经经历了传统陶瓷和先进陶瓷历史阶段，正向纳米陶瓷方向发展。纳米陶瓷的问世，使陶瓷材料的强度、韧性和塑性、硬度、抗震性、抗高温等性能有大幅度提高。解决了普通陶瓷的增韧、强化等问题。 简介 工程陶瓷又叫结构陶瓷，因其具有硬度高、耐高温、耐磨损、耐腐蚀以及质量轻、导热性能好等优点，得到了广泛的应用。但是工程陶瓷的缺陷在于它的脆性（裂纹）、均匀性差、可靠性低、韧性、强度较差，因而使其应用受到了较大的限制。 概况 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，强度较差，使他的应用受到了较大的限制。 随着纳米技术的应用，纳米陶瓷随之产生。利用纳米技术开发的纳米陶瓷材料是利用纳米粉体对现有陶瓷进行改性，使材料的强度、韧性和超塑料性大幅度提高，克服了工程陶瓷的许多不足，为陶瓷的应用开拓了新领域。 制备 纳米粉体的合成 素坯的成型 产品的烧结 粉体合成条件分类 气相法 液相法 固相法 素坯成型 将粉末转变成具有一定形状、体积和强度的坯体的过程，素坯的行对密度和显微镜结构的均匀性对陶瓷在烧结过程中的致密化有极大的影响。 传统方法：干压成型、离心注浆法、挤压法、注射法 新型方法：凝胶注模法、直接凝固注模成型 烧结 陶瓷材料致密化、晶体长大、晶体形成的过程 烧结方法： 传统方法：无压烧结、热压烧结 新型方法：微波烧结、等离子体烧结、高压烧结、爆炸烧结 纳米陶瓷的性能——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。 纳米陶瓷的性能——韧性 传统的陶瓷由于其粒径较大，在外表现出很强的脆性，但是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。1988年有人首先用纳米碳化硅补强氮化硅陶瓷使氮化硅陶瓷力学性能显著改善。 纳米陶瓷的性能——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。 纳米陶瓷的性能——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。 应用——信息领域 电子陶瓷的应用范围日趋广阔，包括传感器、感测器、电容器、基板和热敏电阻等。 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。 应用——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、延长寿命等。 总结 纳米技术正成为各国科技界所关注的焦点，正如钱学森院士所预言的那样：“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的特点，会是一次技术革命，从而将是21世纪的又一次产业革命。” * * 纳米陶瓷的未来 在性能方面，纳米陶瓷该向开发制备高效率、低成本、多功能和智能化的方向发展。 在设备技术方面，纳米陶瓷该向低温烧结、小型化方向发展。 在应用方面，纳米陶瓷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。