纳米科技概论课件第八章2

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1、陶瓷材料具有优良的力学性能、耐高温性能、电磁方面的性能及防腐蚀和耐环境的性能，但是由于其韧性较低而呈脆性，且难于加工，严重影响了它的应用范围。纳米陶瓷的出现，为这些问题的解决带来了新的希望。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。纳米陶瓷属于三维的纳米块体材料，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水平。纳米陶瓷的制备工艺包括纳米粉体的合成、素坯的成型到纳米陶瓷的烧结等方面。虽然从基本的工艺上看，纳米陶瓷的制备与普通陶瓷的制备并没有太大的区别（一般都遵循制粉－成型－烧结的工序），但是，从具体

2、的技术上看，二者有着明显的不同，前者比后者对工艺上的要求严格得多。为了获得纳米陶瓷，人们在普通陶瓷制备工艺的基础上进行了多方面的研究。一、纳米陶瓷的制备工艺纳米粉体的合成是纳米陶瓷制备的第一步，这是因为粉体的性能，如化学成分配比、粉体纯度、成分分布、粉体颗粒大小、颗粒尺度分布、团聚状态等等对下一步成型、烧结及最后纳米陶瓷的性能都有极大的影响。一、纳米陶瓷的制备工艺1、纳米陶瓷粉体的合成气相法、液相法、固相法都可用于纳米陶瓷粉体的制备。不过，这三类方法在制备纳米粉体方面还是有一些区别的。一、纳米陶瓷的制备工艺1、纳米陶瓷粉体的合成气相法所得纳米陶

3、瓷粉体纯度较高、团聚较少，烧结性能也往往较好，其缺点是设备昂贵、产量较低，不易普及。气相法、液相法、固相法都可用于纳米陶瓷粉体的制备。不过，这三类方法在制备纳米粉体方面还是有一些区别的。一、纳米陶瓷的制备工艺1、纳米陶瓷粉体的合成固相法所用设备简单、操作方便，但所得粉体往往不够纯，粒度分布也较大，适用于要求比较低的场合。气相法、液相法、固相法都可用于纳米陶瓷粉体的制备。不过，这三类方法在制备纳米粉体方面还是有一些区别的。一、纳米陶瓷的制备工艺1、纳米陶瓷粉体的合成液相法与气相法相比，具有设备简单、无需高真空等苛刻物理条件、易放大等优点，同时又比

4、固相法制得的粉体纯净、团聚少，很容易实现工业化生产，因此最有发展前途。成型就是将粉体转变成具有一定形状、体积和强度的坯体。素坯的密度和素坯中显微组织的均匀与否，对于陶瓷在烧结过程中的致密化有极大的影响。一、纳米陶瓷的制备工艺2、纳米陶瓷成型纳米粉体由于自身的特点，使得达到较高的素坯密度和较均匀的颗粒堆积更加困难。一、纳米陶瓷的制备工艺2、纳米陶瓷成型因为纳米颗粒之间很容易因范德华力而形成团聚，这些团聚会使素坯中的颗粒堆积的不均匀性增加，同时坯体的密度也较低；纳米粉体由于自身的特点，使得达到较高的素坯密度和较均匀的颗粒堆积更加困难。一、纳米陶瓷的

5、制备工艺2、纳米陶瓷成型另外，由于纳米粒子小，单位体积中颗粒间的接触点大大多于普通粉，因此在成型时，每个接触点都会因摩擦力的作用而阻碍颗粒间的滑动，这同样会影响均匀化，同时还容易在素坯中留下残余应力，使坯体在烧结时破碎。纳米粉体由于自身的特点，使得达到较高的素坯密度和较均匀的颗粒堆积更加困难。一、纳米陶瓷的制备工艺2、纳米陶瓷成型此外，纳米颗粒表面吸附的杂质也有可能对成型造成影响。随着对纳米陶瓷制备研究的深入，素坯的成型方面也有许多新的进展。一、纳米陶瓷的制备工艺2、纳米陶瓷成型首先，传统的干压成型方法得到进一步发展，如利用包膜技术减小颗粒间的

6、摩擦，以利于提高素坯的密度；随着对纳米陶瓷制备研究的深入，素坯的成型方面也有许多新的进展。一、纳米陶瓷的制备工艺2、纳米陶瓷成型又如采用连续加压的工艺，使粉体团聚破碎、晶粒重排在不同的加压过程中完成，使素坯的密度更高。随着对纳米陶瓷制备研究的深入，素坯的成型方面也有许多新的进展。一、纳米陶瓷的制备工艺2、纳米陶瓷成型提高成型压力则是最主要的发展的趋势，如利用电磁脉冲等特殊手段，将成型压力提高到2～10GPa，从而使素坯的密度可提高到60%～80%左右，比普通的等静压成型高出20%～40%。陶瓷材料的烧结是指素坯在高温下的致密化过程。随着温度的上

7、升和时间的延长，固体颗粒相互键联，晶粒长大，孔隙和晶界渐趋减少，通过物质的传递，其总体积收缩，密度增加，最后成为坚硬的具有某种显微结构的多晶烧结体。一、纳米陶瓷的制备工艺3、纳米陶瓷的烧结烧结是陶瓷制备过程中最关键的一步。由于晶粒在烧结过程中极易长大，所以对于纳米陶瓷而言，烧结更是极其关键的一步。几乎所有关于纳米陶瓷烧结的研究，最重要的问题都是如何控制晶粒的长大，换句话说，就是如何使陶瓷在晶粒不长大或长大很少的前提下实现致密化。一、纳米陶瓷的制备工艺3、纳米陶瓷的烧结由于纳米颗粒表面能大，晶粒生长迅速，即使在快速烧结的条件下或很低的温度下（如1

8、200℃），也很容易长到100nm以上。一、纳米陶瓷的制备工艺3、纳米陶瓷的烧结因此，当前纳米陶瓷研究中，人们从烧结动力学的观点出发，采取了多种手段控