《纳米陶瓷》PPT课件

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1、纳米陶瓷纳米陶瓷：指显微结构中的物相(包括晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔与尺寸缺陷等)都在纳米量级的水平上的陶瓷材料。纳米陶瓷的晶粒、晶界以及它们之间的结合都处在纳米尺寸水平。现有陶瓷材料的晶粒尺寸一般是在微米级的水平。当其晶粒尺寸变小到纳米级的范围时，晶粒的表面积和晶界的体积会以相应的倍数增加，晶粒的表面能亦随之剧增。由于颗粒的线度减少而引起表面效应和体积效应，使得材料的物理、化学性质发生一系列变化，而且甚至出现许多特殊的物理与化学性质。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

2、重的作用。但是，由于传统陶瓷材料质地较脆，强度较差，使它的应用受到了较大的限制。随着纳米技术的广泛应用，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。纳米陶瓷的特性种类超塑性铁电性能增韧特性在一定的应变速率下，材料产生较大的拉伸形变。因此表现出甚佳的韧性与延展性。随着晶粒尺寸的变小，铁电材料的铁电性能降低，而且存在一个临界尺寸，当材料的晶粒大小低于这个尺寸时，铁电材料的铁电性消失。由于纳米

3、陶瓷的晶粒尺寸极小，纳米材料具有很大的比表面积，表面的原子排列混乱，纳米晶粒易在其它晶粒上运动，使纳米陶瓷在受力时易于变形而不呈现脆性。例子3mol%氧化钇的四方多晶氧化锆陶瓷、纳米TiO2纳米钛酸钡陶瓷加了纳米SiO2的AlN陶瓷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、延长使用寿命等。纳米吸波材料军用隐形战机纳米防弹背心纳米陶瓷的应用特点陶瓷材料的几大优点：耐高温、高硬度、耐磨损、耐腐蚀、低膨胀系数、质轻等优点缺点：脆、延展性差纳米材料的

4、制备：纳米粉体的合成素坯的成型产品的烧结粉体合成按合成条件分类：1、气相法：气相法是直接利用气体，或者通过各种手段将物质转变为气体，使之在气体状态下发生物理变化或者化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米粒子的方法。优点：制得的纳米陶瓷粉体的纯度较高，团聚较少，烧结性能较好缺点：产量低，设备昂贵2、液相法：液相法则是选择一种或多种合适的可溶性金属盐类，按所制备的材料组成计量配制成溶液，使各元素呈郭或分子态，再选择一种合适的沉淀剂或用蒸发、升华、水解等操作，使金属离子均匀沉淀或结晶出来，最后将沉淀或结晶脱水或者加

5、热分解而得到纳米陶瓷粉体优点：设备较简单，粉体较纯，团聚少，易工业化生产3、固相法：指纳米粉体是由固相原料制得，按其加工的工艺特点可分为机械粉碎法和固相反应法两类。优点：所用设备较简单，方便操作缺点：纯度较低，料度分布较广素坯成型:是将粉末转变成具有一定形状、体积和强度的坯体的过程,素坯的相对密度和显微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素坯的成型方法：传统方法：干压成型、离心注浆法、挤压法、注射法新型方法：凝胶注膜法、直接凝固注模成型烧结：陶瓷材料致密化、晶体长大、晶界形成的过程纳米陶瓷烧结过程的

6、关键：如何在控制晶粒长大很少的前提下实现致密化烧结方法：（传统）无压烧结、热压烧结仍广泛使用。（新）微波烧结、等离子体烧结、高压烧结、爆炸烧结制备方法评价不论哪种制备方法一般需满足以下标准：1.化学纯度高，均匀性好，粉体流动性好。2.晶相稳定性好，表面清洁度高。3.粒径小于100nm，粒度分布范围窄。4.团聚程度小，粒子几何形状规一，颗粒一般为自形晶形。1、高强度：纳米陶瓷的性能：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度下，纳米TiO2陶瓷的显微硬度为13000KN/mm2，而普

7、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。2、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Lzaki等人首先用纳米碳

8、化硅补强氮化硅陶瓷使氮化硅陶瓷力学性能显著改善。3、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