中國(guó)粉體網(wǎng)訊  陶瓷材料作為材料的三大支柱之一，在日常生活及工業(yè)生產(chǎn)中有著舉足輕重的地位。從古至今，人們的日常生產(chǎn)和生活都離不開陶瓷材料。但是由于傳統(tǒng)陶瓷材料質(zhì)地較脆，韌性較差，限制了陶瓷材料的應(yīng)用。如何解決陶瓷材料的脆性和韌性一直以來都是陶瓷研究的焦點(diǎn)問題。

隨著納米技術(shù)的廣泛應(yīng)用，納米陶瓷隨之產(chǎn)生，英國(guó)材料學(xué)家Cahn指出，納米陶瓷是解決陶瓷脆性的戰(zhàn)略途徑。納米陶瓷能夠克服陶瓷材料的脆性，提高材料的硬度，使陶瓷具有像金屬似的柔韌性和可加工性。

何為納米陶瓷？

納米陶瓷是近20年發(fā)展起來的新型超結(jié)構(gòu)陶瓷材料，是將納米級(jí)陶瓷顆粒、晶須、纖維等引入陶瓷母體，以改善陶瓷的性能而制造的復(fù)合型材料。根據(jù)納米陶瓷材料的性能，可將其分為兩大類：

• 納米結(jié)構(gòu)陶瓷

在傳統(tǒng)陶瓷粉體中通過加入納米顆粒，或者將傳統(tǒng)陶瓷粉體納米化，通過燒結(jié)凝固時(shí)控制凝固或晶體相的大小和分布，從而改變陶瓷顯微結(jié)構(gòu)以提高其力學(xué)性能，制得納米陶瓷材料。

納米結(jié)構(gòu)陶瓷改變的力學(xué)性能包括硬度、強(qiáng)度、塑性、韌性。

• 納米功能陶瓷

納米功能陶瓷是通過添加具有獨(dú)特功能的納米相或顆粒，或本身功能在常規(guī)微米級(jí)時(shí)未能完全表現(xiàn)出來的，在通過超細(xì)化后而得到表現(xiàn)，從而具有特殊功能的納米陶瓷材料。

這些特殊功能包括：聲學(xué)、、光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、生物活性、對(duì)環(huán)境敏化性等。

納米陶瓷的制備

納米陶瓷的制備工藝主要包含兩部分：納米陶瓷粉體的制備和致密化成塊狀納米陶瓷材料。世界上對(duì)納米陶瓷粉體的制備方法多種多樣，但應(yīng)用較廣且方法較成熟的主要有氣相合成和凝聚相合成2種。

• 納米粉體的制備

氣相合成：氣相合成又分為氣相高溫裂解法、噴霧轉(zhuǎn)化法和化學(xué)氣相合成法等�；瘜W(xué)氣相合成法既可制備納米非氧化物粉體，也可制備納米氧化物粉體。該法合成的粉體具有較強(qiáng)的低溫可燒結(jié)性，并且有相對(duì)高的純凈性和高的表面及晶粒邊界純度。原料的坩堝中經(jīng)加熱直接蒸發(fā)成氣態(tài)，以產(chǎn)生懸浮微粒或煙霧狀原子團(tuán)。原子團(tuán)的平均粒徑可通過改變蒸發(fā)速率以及蒸發(fā)室內(nèi)的惰性氣體的壓強(qiáng)來控制，粒徑可小至3～4nm，是制備納米陶瓷最有希望的途徑之一。

凝聚相合成（溶膠一凝膠法）：是指在水溶液中加入有機(jī)配體與金屬離子形成配合物，通過控制PH值、反應(yīng)溫度等條件讓其水解、聚合，經(jīng)溶膠→凝膠而形成一種空間骨架結(jié)構(gòu)，再脫水焙燒得到目的產(chǎn)物的一種方法。此法在制備復(fù)合氧化物納米陶瓷材料時(shí)具有很大的優(yōu)越性。凝聚相合成已被用于生產(chǎn)小于10nm的SiO2、Al2O3和TiO2納米團(tuán)。

• 致密化成塊狀納米陶瓷材料

從納米粉體制成塊狀納米陶瓷材料，就是通過工藝過程，除去孔隙，以形成致密的塊狀納米陶瓷材料。在致密化的過程中，保持了納米晶的特性。方法有：

（1）沉降法：如在固體襯底上沉降。

（2）原位凝固法：在反應(yīng)室內(nèi)設(shè)置一個(gè)充液氮的冷卻管，納米團(tuán)冷凝于外管壁，然后用刮板刮下，直接經(jīng)漏斗送入壓縮器，壓縮成一定形狀的塊狀納米陶瓷材料。

（3）燒結(jié)或熱壓法：燒結(jié)溫度提高，增加了物質(zhì)擴(kuò)散率，也就增加了孔隙消除的速率，但在燒結(jié)溫度下，納米顆粒以較快的速率粗化，制成塊狀納米陶瓷材料。

納米陶瓷的增強(qiáng)增韌

陶瓷粉料的顆粒大小決定了陶瓷材料的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能。當(dāng)其添加納米級(jí)粉料后，材料的力學(xué)性能能得到極大地改善，主要包括納米陶瓷材料的硬度，斷裂韌度和低溫延展性等。 

通常來說，硬化處理使材料變脆，造成斷裂韌度的降低。而就納米晶而言，硬化和韌化由孔隙的消除來形成，這樣就增加了材料的整體強(qiáng)度。因此，如果陶瓷材料以納米晶的形式出現(xiàn)，可觀察到通常為脆性的陶瓷可變成延展性的，在室溫下就允許有大的彈性形變。

納米陶瓷在一定程度上克服了傳統(tǒng)陶瓷質(zhì)地較脆、韌性和強(qiáng)度較差等缺點(diǎn)，并對(duì)材料的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)等性能產(chǎn)生重要影響。納米陶瓷作為一種高科技產(chǎn)品，拓寬了傳統(tǒng)陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域，在軍事、汽車、發(fā)動(dòng)機(jī)、電子、防護(hù)等諸多方面獨(dú)有廣泛的應(yīng)用，并在許多超高溫、強(qiáng)腐蝕等惡劣環(huán)境下起著不可替代的作用。