中國粉體網(wǎng)訊 所謂納米陶瓷通常是指陶瓷晶相的晶粒尺寸,、晶界寬度,、第二相分布,、缺陷尺寸等均在100nm以內(nèi)的先進陶瓷材料,。納米化是陶瓷工業(yè)中的一次變革,，受到世界各產(chǎn)瓷國的普遍重視，那么,，納米技術(shù)的出現(xiàn)解決了陶瓷材料的哪些“毛病”呢,？
“納米陶瓷是解決陶瓷脆性的戰(zhàn)略途徑”
由于陶瓷材料以離子鍵及共價鍵為主要結(jié)合鍵，故陶瓷材料具有較高的抗壓強度及硬度,。但是,，陶瓷的脆性極大，斷裂韌性以及彎曲強度偏低,，這限制了陶瓷材料的應(yīng)用,。
氧化鋁陶瓷，圖片來源：浙江蔚藍航盾精密陶瓷科技有限公司
早在1990年,，Cahn就指出：“納米陶瓷是解決陶瓷脆性的戰(zhàn)略途徑”,。
由于納米陶瓷具有較大的晶界界面，在界面上原子排列無序,，在外界應(yīng)力的作用下很容易發(fā)生遷移,，因此展現(xiàn)出優(yōu)于普通陶瓷的延展性與韌性。
1987年,，Karch等首次報道了所研制的納米陶瓷具有高韌性與超塑性行為,。其研究發(fā)現(xiàn)，若將平均粒徑約8nm的TiO2經(jīng)真空加壓(~5GPa)獲得的納米晶TiO2陶瓷放置于特制的模具中,，于180℃加載1s即可將平板試樣彎曲180°,，而且具有預(yù)裂紋的試樣不發(fā)生裂紋擴展，表現(xiàn)出良好的韌性,。隨后,，各種單相或雙相納米陶瓷材料相繼出現(xiàn)。
提升硬度及可塑性
就硬度而言,，納米陶瓷是普通陶瓷的5倍甚至更高,。在100℃下，納米TiO2陶瓷的硬度為1.3GPa,，而普通陶瓷則為0.1GPa左右,。SunZ等制備了Al2O3納米陶瓷,，具有97.6%的理論密度和1.1μm的平均粒度,，其硬度高達23GPa，遠遠高于普通Al2O3陶瓷,。
超塑性方面,，超塑性是指在拉伸試驗中，在一定的應(yīng)變速率下,，材料會產(chǎn)生較大的拉伸形變,。普通陶瓷是一種脆性材料,，在常溫下沒有超塑性，很難發(fā)生形變,。原因是其內(nèi)部滑移系統(tǒng)少,，錯位運動困難，錯位密度小,。只有達到1000℃以上,，陶瓷才具有一定的塑形。一般認為,，若想具有超塑性,，則需要有較小的粒徑和快速的擴散途徑。納米陶瓷不但粒徑較小,，且界面的原子排列較復(fù)雜,、混亂，又含有眾多的不飽和鍵,。原子在變形作用下很容易發(fā)生移動,，因此表現(xiàn)出較好的延展性。
影響鐵電性
鐵電性方面,，陶瓷的晶體尺寸直接影響其鐵電性能,。隨著晶粒尺寸的降低，其鐵電性能會逐漸降低,。當(dāng)其尺寸小到一定值時,，材料的整個鐵電性能會消失。所以,，科研人員在這一臨界值上做了很多的研究,。有研究者在6GPa、1000℃條件下燒結(jié)得到了BaTiO3陶瓷,，并用介電轉(zhuǎn)變峰表征了其鐵電性,。當(dāng)頻率為1kHz時，在120℃附近有1個寬的節(jié)點轉(zhuǎn)變峰,，且介電常數(shù)為1920,。高壓得到的鈦酸鋇納米陶瓷的鐵電性消失的臨界尺寸小于30nm。
此外,，納米化優(yōu)勢還有：隨著粉體顆粒尺寸的減小更有利于在低溫下實現(xiàn)陶瓷的致密性,。
納米陶瓷的發(fā)揮空間
1、防護材料
在防護材料方面,，納米陶瓷展現(xiàn)出驚人的優(yōu)勢,。普通陶瓷由于韌性極差，在受到撞擊后會出現(xiàn)界面破壞,、裂紋擴展等過程,，這大大地制約了陶瓷在抗彈方面的發(fā)展,。而納米陶瓷的韌性優(yōu)良，能極好地抵抗沖擊,。將納米陶瓷引入到坦克裝甲材料中,，可以有效提高坦克的抗彈能力；將其引入到炮筒和槍管等表面,，可以提高其抗沖擊力和抗燒蝕性,。由納米陶瓷和碳納米管制成的防彈衣，具有極優(yōu)的抗彈效果,。
防彈陶瓷材料,，圖片來源：山東華美新材料科技股份有限公司
2、生物陶瓷
隨著納米材料研究的深入,，納米生物陶瓷材料的優(yōu)勢將逐步顯現(xiàn),，其強度、韌性,、硬度以及生物相容性都會有顯著提高,。經(jīng)納米級碳化硅摻雜的羥基磷灰石復(fù)合陶瓷的性能比單獨的羥基磷灰石陶瓷要提高很多，其抗彎強度,、斷裂韌性,、抗壓強度均有顯著提高，達到了生物硬組織的水平,。納米顆粒在體內(nèi)傳輸方便,，這一特點被科學(xué)家應(yīng)用到放射療法中。在納米陶瓷微粒中摻雜可以放射出β射線的化學(xué)元素,，將它們制成β射線源材料,，植入到標(biāo)的物附近，即可對癌變組織進行精準(zhǔn)治療,。
3,、高溫材料
納米陶瓷材料高耐熱性、良好的高溫抗氧化性,、低密度,、高斷裂韌性、抗腐蝕性和耐磨性,，這對提高航空發(fā)動機的渦輪前溫度,，進而提高發(fā)動機的推重比和降低燃料消耗都具有重要作用，有望成為艦艇,、軍用渦輪發(fā)動機高溫部件的理想材料,，這樣可以提高發(fā)動機效率,、可靠性與工作壽命,。
此外,，還可以將納米陶瓷以涂層的方式作用在基體上，通過與常規(guī)涂層相比,，發(fā)現(xiàn)納米陶瓷涂層的熱震次數(shù)大大高于普通陶瓷涂層,。
4、吸波材料
納米陶瓷材料除具有優(yōu)良的力學(xué)性能和熱物理性能外,，高機械強度,、化學(xué)穩(wěn)定性好，同時又具有吸波功能,，能滿足隱身要求,，已被廣泛用作吸收劑。
5,、刀具材料
陶瓷刀具是現(xiàn)代結(jié)構(gòu)陶瓷的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域,。陶瓷刀具不僅具有高硬度、高耐磨性,，同時在高溫下仍保持優(yōu)良的力學(xué)性能,，成為制造切削刀具的理想材料。現(xiàn)有的陶瓷刀具材料難以廣泛應(yīng)用于更高的切削速度,，而納米陶瓷刀具同傳統(tǒng)的陶瓷刀具相比擁有優(yōu)異的性能,，它的研制成功必將擴大現(xiàn)有陶瓷刀具的加工范圍，提高刀具的切削速度,、力學(xué)性能,、切削可靠性和刀具的壽命，從而大大提高生產(chǎn)率,。
納米陶瓷粉末直接關(guān)乎最終成品質(zhì)量
納米陶瓷的制備過程與普通陶瓷無較大差異,，但需要全面綜合考慮影響致密化和晶粒粗化的所有影響因素，因此對粉末制備與燒結(jié)有更嚴格的要求,。其中納米陶瓷粉末的制備直接關(guān)乎最終納米陶瓷成品的質(zhì)量,，目前合成納米陶瓷粉末的方法有物理方法和化學(xué)方法，濕法研磨是得到納米陶瓷粉體比較有效的一種方法,，它既避免了化學(xué)法制備納米粉體的高成本,，又能達到節(jié)能減排，同時也避免了一些傳統(tǒng)機械法研磨細度難以達到納米級粉體的不足,，其中納米砂磨機是濕法研磨的一大利器,。
億富機械NCP-400納米砂磨機
2023年3月9-10日，中國粉體網(wǎng)將在江西萍鄉(xiāng)舉辦“2022第五屆新型陶瓷技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇”,，我們邀請到東莞市億富機械科技有限公司總經(jīng)理陳呂先生作題為《雙碳時代下對陶瓷材料納米研磨的機遇與挑戰(zhàn)》的報告,。屆時，陳總將對納米砂磨機在先進陶瓷制備中的實際應(yīng)用情況進行介紹，以期給予納米陶瓷廠家一些設(shè)備選擇方面的參考,。
參考來源：
[1]雷輝聰,，謝志鵬.納米陶瓷的分散復(fù)合技術(shù)與燒結(jié)工藝的研究進展
[2]張文毓.納米陶瓷材料研究與應(yīng)用
[3]張強宏.納米陶瓷的研究進展
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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