何谓奈米陶瓷!

何谓奈米陶瓷!

 

 

工程陶瓷又叫结构陶瓷,因其具有硬度高、耐高温、耐磨损、耐腐蚀以及质量轻、导热性能好等优点,得到了广泛的应用。

但是工程陶瓷的缺陷在于它的脆性、均匀性差、可靠性低、韧性、强度较差,因而使其应用受到了较大的限制。

 

何谓奈米陶瓷

奈米技术开发的奈米陶瓷材料是指在陶瓷材料的显微结构中,晶粒、晶界以及它们之间的结合都处在奈米水平(1~100nm),

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,并对材料的力学、电学、热学、磁学、光学等性能产生重要影响,

为替代工程陶瓷的应用开拓了新领域。

奈米
奈米

 

奈米陶瓷的特性

奈米陶瓷具有在较低温度下烧结就能达到致密化的优越性,

而且奈米陶瓷出现将有助于解决陶瓷的强化和增韧问题而烧结温度却要比工程陶瓷低很多,且烧结不需要任何的添加剂。

其硬度和断裂韧度随烧结温度的增加而增加,故低温烧结能获得好的力学性能, 通常,硬化处理使材料变脆,造成断裂韧度的降低,

而就奈米晶而言,硬化和韧化由孔隙的消除来形成,这样就增加了材料的整体强度,

因此,如果陶瓷材料以奈米晶的形式出现,勇士队偷窃事件观察到通常为脆性的陶瓷可变成延展性的,在室温下就允许有大的弹性形变。

 

奈米陶瓷粉体

奈米陶瓷粉体是介于固体与分子之间的具有奈米数量级(1~100nm)尺寸的亚稳态中间物质。

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。

具有极小的粒径、大的比表面积和高的化学性能,可以显著降低材料的烧结致密化程度、节能能源;

使陶瓷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。

奈米粉体
奈米粉体

 

奈米陶瓷的制备

目前世界上对奈米陶瓷粉体的制备方法多种多样,但应用较广且方法较成熟的主要有气相合成和凝聚相合成 2 种,再加上一些其他方法。

  • 气相合成

主要有气相高温裂解法、喷雾转化法和化学气相合成法,这些方法较具实用性。

  • 凝聚相合成(溶胶一凝胶法)

是指在水溶液中加入有机配体与金属离子形成配合物,通过控制 PH 值、反应温度等条件让其水解、聚合,

经溶胶→凝胶而形成一种空间骨架结构,再脱水焙烧得到目的产物的一种方法。

  • 其他方式

沉降法─如在固体衬底上沉降。

原位凝固法─在反应室内设置一个充液氮的冷却管,奈米团冷凝于外管壁,然后用刮板刮下,直接经漏斗送人压缩器,压缩成一定形状的块材。

烧结或热压法─烧结温度提高,增加了物质扩散率,也就增加了孔隙消除的速率,但在烧结温度下,奈米颗粒以较快的速率粗化,制成块状奈米陶瓷材料。

 

奈米陶瓷的运用

  • 微电子及量子元件

微电子及量子元件基础材料:激光法制得的奈米矽基陶瓷粉不但料径小且均匀,且纯度高分散性好。

为微电子及量子元件制备的最优选材料。

  • 精度抛光磨料

奈米级精度抛光磨料其颗粒均匀,经实验证明,可用于一些超硬材料在特殊用途下的奈米级抛光,如蓝宝石等光学零件的抛光等等。

  • 光学性能应用

奈米 SiC、Si3N4 在较宽的波数范围内对红外波有较强的吸收,因此可作红外吸波和透波材料,做成功能性薄膜或纤维。

Si3N4
Si3N4

 

 

 

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