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纳米陶瓷——突破传统陶瓷脆性!

发布日期:2023-08-14 作者: 点击:

传统陶瓷美观滑顺,但是有个缺点,就是容易磕碰损坏。为了克服传统陶瓷材料的脆性,使陶瓷具有像金属似柔韧性和可加工性,研究人员结合纳米技术,开发了纳米陶瓷。那么天瑞新材料小编就带领大家揭开纳米陶瓷的秘密。


一、纳米陶瓷是怎么形成的?

纳米陶瓷是将纳米级陶瓷颗粒、晶须、纤维等引入陶瓷母体,以改善陶瓷的性能而制造的复合型材料,其提高了母体材料的室温力学性能,改善了高温性能,并且此材料具有可切削加工和超塑性。


二、纳米陶瓷的特性


纳米陶瓷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。纳米级陶瓷复合材料力学性能,特别是在高温下使硬度、强度得以较大的提高。有关研究表明,纳米陶瓷具有在较低温度下烧结就能达到致密化的优越性,而且纳米陶瓷出现将有助于解决陶瓷的强化和增韧问题。

在室温压缩时,纳米颗粒已有很好的结合,高于500℃很快致密化,而晶粒大小只有稍许的增加,所得的硬度和断裂韧度值更好,而烧结温度却要比工程陶瓷低400~600℃,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(即孔隙度的降低)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,而就纳米晶言,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,如果陶瓷材料以纳米晶的形式出现,可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。


三、纳米陶瓷的制作工艺

1、气相合成工艺

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。

化学气相合成法可以认为是惰性气体凝聚法一种变型,它既可制备纳米非氧化物粉体也可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。原料的坩埚中经加热直接蒸发成气态,以产生悬浮微粒和或烟雾状原子团。原子团的平均粒径可通过改变蒸发速率以及蒸发室内的惰性气体的压强来控制,粒径可小至3~4nm,是制备纳米陶瓷Z有希望的途径之一。

2、凝聚相合成(溶胶一凝胶法)

凝聚相合成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。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生产小于10nm的SiO2、Al2O3和TiO2纳米团。

从纳米粉体制成块状纳米陶瓷材料,就是通过某种工艺过程,除去孔隙,以形成致密的块状纳米陶瓷材料而在致密化的过程中,又保持了纳米晶的特性。方法有:

(1)原位凝固法在反应室内设置一个充液氮的冷却管,纳米团凝于外管壁,然后用刮板刮下,直接经漏斗送入压缩器,压缩成一定形状的块状纳米陶瓷材料。

(2)沉降法:如在固体衬底上沉降。

(3)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,纳米颗粒以较快的速率粗化,制成块状纳米陶瓷材料。


四、纳米陶瓷应用广泛

英国材料学家Cahn指出,纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径。 纳米耐高温陶瓷粉涂层材料一种通过化学反应而形成耐高温陶瓷涂层的材料。利用纳米技术开发的纳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纳米水平(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。


常州天瑞新材料致力于绿色环保的无机纳米水性陶瓷涂料及相关制品的技术开发,生产,销售。公司拥有国内最早涉及纳米瓷领域的专业人才团队,领先的试验检测平台,先进的产品生产线,同时也是国家高新技术企业,拥有多项核知识产权,202年被评为"中小型创新型企业” "区级工程技术中心”,团队18年来持续创新发展,致力打造一个响应国家环保政策的绿色新材料科技平台,重点应用于航天航空、军工、轨道交通、新能源汽车、医疗、建筑等领域。如果有相关需求,欢迎来电咨询!


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关键词:纳米陶瓷

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