纳米陶瓷制备及其应用前景 毕业论文

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1、纳米陶瓷制备及其应用前景院(系):0专业:0学号:0学生姓名:02014年5月8日8目录摘要2关键词2一：前言2二：性能3三：合成法4四：影响因素5五：前景6参考文献88纳米陶瓷制备及其应用前景摘要：本文主要介绍了纳米陶瓷的制备及制备过程中影响力学性能的因素和前景。合成法中主要介绍了气相合成法和溶胶-凝胶合成法，影响因素主要是气孔的尺寸大小对力学性能的影响，以及解决这些问题的办法，还有流动性（我不能解决的问题）。前景是通过西方国家对纳米陶瓷的投资来做参考的。关键词：纳米陶瓷力学性能气孔流动性一：前言陶瓷材料作为材料业的三大支柱之一，在日常生

2、活及工业生产中起着举足轻重的作用。陶瓷又可分为结构陶瓷和功能陶瓷，结构陶瓷具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀以及质量轻、导热性能好等优点;功能陶瓷在力学、电学、热学、磁光学和其它方面具有一些特殊的功能，使陶瓷在各个方面得到了广泛应用[1]。但陶瓷存在脆性(裂纹)、均匀性差、韧性和强度较差等缺陷，因而使其应用受到了一定的限制。随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生。纳米陶瓷粉体是介于固体与分子之间的具有纳米尺寸(1～100nm)的亚稳态中间物质。随着粉体的超细化，其表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了块状材料所不具有的特殊的效应而在纳米陶瓷材料的

3、显微结构中，晶粒、晶界以及它们之间的结合都处在纳米水平，使得材料的强度、韧性和超塑性大幅度提高，克服了工程陶瓷的许多不足，并对材料的8力学、电学、热学、磁学、光学等性能产生重要影响，从而为工程陶瓷的应用开拓了新领域。二：性能纳米陶瓷具有优异性能(1)纳米陶瓷材料具有极小的粒径、大的比表面积和高的化学性能，可以降低材料的烧结致密化程度、节约能源；(2)使材料的组成结构致密化、均匀化，改善陶瓷材料的性能，提高其使用可靠性；(3)可以从纳米材料的结构层次(1～100nm)上控制材料的成分和结构，有利于充分发挥陶瓷材料的潜在性能，而使纳米材料的组织

4、结构和性能的定向设计成为可能。另外，陶瓷是由陶瓷原料成型后烧结而成的，而且陶瓷粉料的颗粒大小决定了陶瓷材料的微观结构和宏观性能。如果粉料的颗粒堆积均匀、烧成收缩一致且晶粒均匀长大，则颗粒越小产生的缺陷就越小，所制备的材料的强度就相应越高，这就可能出现一些大颗粒材料所不具备的独特性能。纳米陶瓷最重要的特性主要在于力学性能方面，包括纳米陶瓷材料的硬度、断裂韧度和低温延展性等，特别是在高温下使硬度、强度得以较大的提高。例如：当纳米颗粒Si3N4、SiC超细微粉分布于材料的内部晶粒内，增强了晶界强度，提高了材料的力学性能，从而使易碎的陶瓷可以变成富

5、有韧性的特殊材料8近年来国内外对纳米复相陶瓷的研究表明，在微米级基体中引入纳米分散相进行复合，可使材料的断裂强度、断裂韧性提高2～4倍，使最高使用温度提高400～600℃，同时还可提高材料的硬度和弹性模量，提高抗蠕变性和抗疲劳破坏性能。三：合成法纳米陶瓷的合成方法主要有：物理法：惰性气体冷凝法，电子蒸发法，激光剥离法等等。。。化学法：化学气相沉积法，沉淀法，溶胶-凝胶法等等。。。这里简单介绍气相合成法和溶胶-凝胶法气相合成法主要有气相高温裂解法、喷雾转化工艺和化学气相合成法，这些方法具有较高的实用性和适用性。化学气相合成法可以认为是惰性气体

6、凝聚法的一种变型，它既可以制备纳米非氧化物粉体，也可以制备纳米氧化物粉体。这种合成法增强了低温下的可烧结性，并且有相对高的纯净性和高的表面及晶粒边界纯度溶胶一凝胶法是指在水溶液中加入的有机配体与金属离子形成配合物，通过控制pH值、反应温度等条件使其水解、聚合；历经溶胶向凝胶转变而形成一种空间骨架结构，经过脱水焙烧得到目的产物的一种方法。此法在制备复合氧化物纳米陶瓷材料时具有很大的优越性。凝聚相合成已被用于产生纳米团，在各类系统中产生<10nm的SiO2、Al2O3、和TiO28纳米团。要获得纳米结构，可引入具有最终平衡相结晶陶瓷的晶粒进行催

7、化成核，在基体中引入晶核的目的是为了降低形成所需相的成核能，反应生成水中的结晶状金属氧化物的悬浮物纳米团。四：影响因素在合成过程中，特别是在烧结的过程中，有好多的因素影响材料的性能。因为烧结中发生的几种过程在烧结过程中，陶瓷材料明显发生了以下的变化(a)晶粒合并和长大；(b)气孔数量、形状、尺寸改变；(c)材料致密，密度增加；(d)可能有新相生成或有同质多象转变影响烧结的因素：晶粒与气孔尺寸因素颗粒较小时，致密化速举大．在较低温度下就可以使素坏发生收缩．颗粒度较大的粉体要达到同样的收缩率则必须要通过提高烧结温度等措施来达到．晶粒尺寸越大，扩

8、散的路径越长，烧结动力小，因而致密化速率也小．如果颗粒的尺寸相同，那么气孔尺寸和分布也将对烧结过程产生影响．在同样温度下，气孔尺寸分布窄的要比气孔尺寸分布宽的烧结体的烧结速率大．