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1、无机功能材料课程论文 (工程硕士)纳米陶瓷的研究现状及发展趋势姓名赖福东专业化学工程与技术学号2111306048指导教师何湘柱完成时间2014年1月2日1摘要20世纪80年代中期发展起来的纳米陶瓷,对陶瓷材料的性能产生了重要的影响,为陶瓷材料的利用开拓了一个新的领域,已成为材料科学研究的热点之一。综述了纳米陶瓷材料近年来的发展与应用,重点论述了纳米陶瓷的制备、性能及应用现状,并对纳米陶瓷的未来发展进行了展望。关键词纳米陶瓷 性能表征制备技术AbstractNanometerceramicswhicharedevelopedin
2、themid-eightiesofthetwentiethcenturyhaveanimportantaffectonthepropertiesofceramicmaterials.Theyhaveformedpromisingfieldsfortheutilizationofmaterialswhichhasbeenoneofthemostpopularfieldsofmaterialresearch.Thepreparationandcharacterizationofnanometerceramicpowdersandth
3、epropertiesandapplicationofnanometerceramicsaresummarized.thefuturedevelopmentofnanometerceramicswerediscussed.Keywordsnanometerceramics，property，characterization，manufacturingtechnology1前言12 纳米陶瓷的概念及其发展23 纳米陶瓷的制备33.1 纳米陶瓷粉体的物理法制备33.1.1惰性气体冷凝法33.1.2高能机械球磨法43.2纳米陶瓷粉体的
4、化学法制备43.2.1湿化学方法43.2.2化学气相法64纳米陶瓷粉体的表征94.1 化学成分表征94.2 晶态表征94.3 颗粒度表征104.4 团聚体表征105纳米陶瓷的性能105.1 纳米陶瓷的致密化105.2 纳米陶瓷的力学性能116 纳米陶瓷的应用及其展望127 纳米陶瓷生产、使用中存在的问题13参考文献：141前言纳米陶瓷是纳米科学技术的重要分支,是纳米材料科学的一个重要领域。纳米陶瓷的研究是当前陶瓷材料发展的重大课题之一。陶瓷是一种多晶体材料,是由晶粒和晶界所组成的烧结体,由于工艺上的原因,很难避免材料中存在气孔和
5、微小裂纹。决定陶瓷材料性能的主要因素有:组成和显微结构,即晶粒、晶界、气孔或裂纹的组合性状,其中最主要的是晶粒尺寸问题,晶粒尺寸的减小将对陶瓷材料的力学性能产生重大影响。图1是陶瓷晶粒尺寸与强度的关系图[1]。14图1中的实线部分是现在已经达到的,而延伸的虚线部分是希望达到的。从图1中可见,晶粒尺寸的减小将使材料的力学性能有数量级的提高,同时由于晶界数量的大大增加,使可能分布于晶界处的第二相物质的数量减小,晶界变薄使晶界物质对材料性能的负影响减少到最低程度;其次晶粒的细化使材料不易造成穿晶断裂,有利于提高材料的断裂韧性;再次,晶
6、粒的细化将有助于晶粒间的滑移,使材料具有塑性行为。纳米材料的问世将使材料的强度、韧性和超塑性大大提高。纳米陶瓷由于是介于宏观和微观原子、分子的中间研究领域,它的出现开拓了人们认识物质世界的新层次,将给传统陶瓷工艺、性能及陶瓷学的研究带来更多更新的科学内涵。2 纳米陶瓷的概念及其发展所谓纳米陶瓷,是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的陶瓷材料,也就是说晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在纳米量级的水平上。陶瓷材料的脆性大、不耐热冲击、不均匀、强度差、可靠性低、加工困难等缺点大大地限制了陶瓷的应用。随着纳米技术的广泛应用,
7、希望以纳米技术来克服陶瓷材料的这些缺点,如降低陶瓷材料的脆性,使陶瓷具有像金属一样的柔韧性和可加工性。因此纳米陶瓷被认为是解决陶瓷脆性的战略途径[2]14。同时,纳米陶瓷也为改善陶瓷材料的烧结性和可加工性提供了一条崭新的途径。正是由于纳米科学和陶瓷工艺学的发展与完善,使纳米陶瓷概念的提出有了理论基础。再加之研究手段和设备的进步,比如电子显微镜,透射电子显微镜以及高分辨电镜和分析电镜等现代表征技术的发展,使纳米陶瓷的研究、分析成为可能。另外由于纳米材料的特殊性能,其与陶瓷材料结合不仅可以提高陶瓷本身一些重要的性能,而且也克服了陶瓷
8、的缺点———脆性、热冲低等,使纳米陶瓷有了发展的空间与必要。在这种情况下,科研工作者在20世纪80年代中期开始了纳米陶瓷的研究,并且逐步取得了一些重要得成果。1987年,德国的Karch等首次报道了所研制得纳米陶瓷具有高韧性与低温超塑性行为。目前,各国都相继加大
