等离子喷涂sic2fal_2c2_o_2c3_纳米复相陶瓷涂层的.研究

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1、河北工业大学硕士学位论文!!====≈目E=E!!=!{目-日=!e!!=j___lE自l

2、=I_E=E一!!第一章综述§1-1纳米材料的发展状况与结构特点1-1-1纳米材料的发展状况纳米材料是近年来科学上的一项重大发现，己成为当今许多学科的研究热点。著名的诺贝尔奖获得者Feyneman在20世纪60年代曾经预言：如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话，我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性，就会看到材料的性能产生丰富的变化【11。他所说的材料就是现在的纳米材料。纳米技术的诞生是从1990年7月在美国召开的第一届NST(Nanoscal

3、escienceandtechnology)会议为标志。所谓纳米技术，是指纳米尺寸下(1—100nm)对物质进行制备，研究以及利用纳米尺寸物质进行～I_：业化生产的一门综合性的技术体系“J。1990年7月在美国巴尔的摩召开了国际第一届纳米科学技术会议，正式把纳米材料科学作为材料科学的一个分支公布于世。这标志着纳米材料学作为一个相对比较独立的学科的诞生。从此以后纳米材料引起了世界各国材料界和物理界的极大兴趣和广泛重视。并在纳米材料的制备、性能及应用方面取得了许多积极成果。纳米材料是指晶粒尺寸至少在一维方向上小于100nm，且必须具有截然不同丁普通

4、块状材料的电学、光学、热学、化学或力学等性能的一类材料体系【j。J。纵观纳米材料发展的历史，火致可以划分们为三个阶段№J，第一阶段(1990年以前)主要是在实验室探索用各种手段制备各种材料的纳米颗粒粉体，合成块体，研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于常规材料的特殊性能。第二阶段(1994年以前)人们关注的热点是如何利用纳米材料己挖掘出来的奇特物理、化学和力学性能，设计纳米复台材料通常采用纳米一纳米复合(O一0复合)，纳米与常规材料复合(0—3复合)及发展纳米薄膜(0—2复台)，国际上通常把这类材料称为纳米复合材料。这一阶段纳米复合材料的合成及

5、物性的探索一度成为纳米材料研究的主导方向。第三阶段(1994年到现在)纳米组装体系、人j：合成组装的纳米结构的材料体系越来越受到人们的关注。为了适应对纳米材料研究发展的需要，美国的ActaMetallurgicaIncorporation从1992年起专门创刊((NanostructuredMaterials))杂志，并向全世界发行。美国还专门建立机构研究开发、生产利制造广泛if业应用的纳米材料。两年一届的纳米材料国际会议至今己召开五届。关于纳米材料的论文数嚣近年米激增。纳米材料被誉为“21世纪的新材料”得到了世界各国的承认和深入研究。我国系统

6、开展纳米材料的研究始于80年代中期，目前已经做出了一批高水平。有国际影响的l：作，受到了国际学术界的高度重视‘”。1-!．2纳米材料的结构特点纳米材料的晶体结构与普通晶体材料的晶体结构基本相同，但晶体界面有较大差异，纳米晶体-1]界面与普通多晶体的界面结构不同．其晶粒界面原子数的比例极大，表现出近程无序，睦程亦无序的高度等离子喷涂SiC／A1203纳米复相陶瓷涂层的研究无序状态，具有很大的过剩体积、过剩能，类似于“气体”结构。纳米晶体材料晶界结构的复杂性、特殊性、高浓度性，使得纳米晶体材料与传统的晶体材料相比具有优异的特性口J。1．纳米材料的结

7、构纳米态材料有两种结构组元构成：晶体组元和界面组元。晶体组元由所有晶粒中的原子组成，这些原子都严格地位于晶格位置上；界面组元由处于各晶粒之间的界面原子组成，这些原子由超微品粒的表面原子转化而来。超微晶粒内部的有序原子与超微晶粒的界面无序原子各占薄膜总原子数的50％。界面原子结构由相邻晶粒的相对取向和边界倾角决定。如果晶粒取向是随机的，则纳米材料的所有晶粒问界将具有不同的原子结构，此结构有不同的原子间距表征。所有晶界的原子间距不同，从统计意义来说，不具有择优的原子间距，则这些界面的平均结果将导致各种可能的原予间距取值，亦即可以认为界面组元的原子结

8、构即不具有晶体的长程序，也不具有非晶态的短程序；但从另一个意义上说，界面原子是由晶粒表面原子组成，所以这些原子具有某种特殊的序。总之，界面原子处于一种特殊化原子状态，是一+种物质新态——纳米态。当物质的粒子尺寸达到纳米数量级时，将会表现出优于同组分的晶态或非晶态的性质．如熔点降低、体积小、巨大的比表面积、强烈的化学活性和催化活性以及特殊的比热、扩散、光学、电学、磁学、力学、烧结等性能。而这些特性主要是由其表面效应、体积效应等引起的。2．纳米材料的特性”，1(1)小尺寸效应当纳米微粒尺寸与光波的波长、传导电子的德布罗意波长以及超导态的相干长度或穿

9、透深度等物理特征尺寸相当时，晶体周期性的边界条件将被破坏，声、光、力、热、电、磁、内压、化学活性等与普通粒子相比均有很大变化，这就是纳米粒子的小尺寸效