浅谈纳米陶瓷的运用及发展课件.ppt

1、浅谈纳米材料在陶瓷中的浅谈纳米材料在陶瓷中的 运用及发展运用及发展纳米陶瓷的概述纳米陶瓷的应用进展陶瓷的重要性及其现状特点纳米陶瓷的运用及发展前景纳米陶瓷的性能纳米陶瓷的发展前景陶瓷的重要性及其现状特点 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重的作用。从古到今，人们都喜欢收藏陶瓷或者用陶瓷来装饰。我们的日常用品中也有很多使用陶瓷做的，例如，花瓶、饭碗、手表、地砖、墙壁、桌子等等。另外，在电子、运输、航空等行业也用到。陶瓷的重要性及其现状特点 但是，由于传统陶瓷的材料质地较脆，韧性、强度较差，因而其应用受到了很大的限制，一般用于摆放等。相对于金属等材料，其运用相对较窄。

2、因此，为了提高陶瓷的运用广泛度，需对玻璃的研制进行研发。目前，陶瓷的地位重要，但是却有下滑的现象，要是传统陶瓷仅局限于摆设，而不拓展其在其他行业的运用，如航空、信息、生物、医药等行业，最终结果只有淘汰或隐埋。如何提高陶瓷的利用率和陶瓷的使用实用化，已成为目前陶瓷研究的热点。现在，已有很多化学家研究各种材料的陶瓷，如纳米陶瓷、而在结构陶瓷、半导体陶瓷、绝热陶瓷、电陶瓷、介电陶瓷等，都取得良好的成绩，大大扩展了陶瓷的运用领域。纳米陶瓷的概述纳米陶瓷：显微结构中的物相具有纳米级尺度，也就是说晶粒尺度、晶界宽度、第二项分布、缺陷尺度等都是在纳米量级的水平 上。因此，要从传统陶瓷转换成纳米陶瓷，需对粉体

3、尺寸形貌和粒径分布的控制，团聚体的控制和分散；型体态、缺陷、粗糙度以及成分的控制。根据纳米陶瓷材料的性能，可分两大类：纳米结构陶瓷 纳米功能陶瓷 纳米陶瓷的概述纳米陶瓷的概述 纳米结构陶瓷：在传统陶瓷粉体中通过加入纳米颗粒，或者将传统陶瓷粉体 纳米化，通过烧结凝固时控制凝固或晶体相的大小和分布，从而 改变陶瓷显微结构以提高其力学性能，制得纳米陶瓷材料。纳米结构陶瓷改变的力学性能包括硬度、强度、塑性、韧性。纳米陶瓷的概述纳米功能陶瓷：通过添加具有独特功能的纳米相或颗粒，或本身功能在常规微 米级时未能完全表现出来的，在通过超细化后而得到表现，从而具 有特殊功能的纳米陶瓷料。这些特殊功能包括：声学、

4、光学、电学、磁学、生物活性、对环境的敏化性等。纳米陶瓷的性能 纳米陶瓷的研制，使得纳米陶瓷的运用大大得到扩展，这都归功于纳米颗粒的加入。由于纳米粉体本身的所具有的特殊功能，如在机油中加入510nm的纳米Cu或BN，可以很久不用换油。而添加了纳米材料后，物质的强度会增强，隔热性能也有所提高。在传统陶瓷中，加入纳米粉体形成的纳米结构陶瓷的力学能，包括硬度、强度、塑性、韧性得到改变，而纳米功能陶瓷具有某些特殊功能，如声学、光学、电学、磁学、生物活性、对环境的敏化性等，那么，加入纳米形成的纳米陶瓷得到改善，它具体有那些性能呢？纳米陶瓷的性能 力学性能：当陶瓷材料转换成为纳米材料后，材料的力学性能得到极

5、大改善，主要表现在以下三个方面：1、断裂强度大大提高 2、断裂韧性大大提高 3、耐高温性能大大提高。以此同时，材料的硬度、弹性模量、热膨胀系数都会发生改变。纳米陶瓷的性能 不少纳米陶瓷材料的硬度和强度比普通陶瓷材料高出4-5倍。不仅大幅度提高其断裂强度和断裂韧度，明显改善其耐高温性能，而且也能提高材料的硬度、弹性模量和抗热震、看高温蠕变的性能。因此，纳米陶瓷在一定程度上克服了传统陶瓷的质地较脆，韧性、强度较差等弱点，可以作为一种特殊的材料运用于电子、交通、防护等需耐高温、高硬度、高韧性材料的领域。纳米陶瓷的性能 低温超塑性 当陶瓷材料转换成为纳米材料后，纳米陶瓷的扩散系数提高了3个数量级，晶体

6、尺寸下降了3个数量级，因而其扩撒蠕变率较高，在较温下，因其较高的扩散蠕变率而对外界应力做出迅速的反应，造成晶界方向的平移，表现出超塑性，时期韧性大为提高。普通陶瓷只有在很高的温度下才表现出明显的扩散蠕变。介于纳米陶瓷的超低塑性以及变形性，纳米陶瓷可以在室温或者低温下，就可以制成，降低了陶瓷的难度。同时，可以代替具有低温超塑性的合金，例如，钛合金等。纳米陶瓷的性能 扩散与烧结性能 由于纳米陶瓷材料存在大量的界面，这些界面为原子提供了短程扩散途径，与单晶材料相比，纳米陶瓷材料具有较高的扩散率。增强扩散能力的同时又使纳米陶瓷的烧结温度大大降低。磁学性能 由于纳米颗粒尺寸超细，气息学性能与粗晶粒材料有

7、着显著的区别，表现出明显的小尺寸效应。另外在纳米材料中存在大量的界面成分。当晶粒尺寸减少到纳米级时，经历之间的铁磁相互作用开始对材料的宏观磁性有着重要的影响。与铁磁原子类似，根据相互作用的大小，纳米晶粒可表现出超顺磁性、超铁磁性、超自旋玻璃态等特性。纳米陶瓷的应用进展 结合纳米陶瓷的力学性能、低温超塑性、磁学性能、扩散与烧结性能。我们可以得知，它克服了工程陶瓷的许多不足，并在许多超高温、强腐蚀等苛刻的环境下起着其他材料不可替代的作用，具有广阔的应用前景。我们下面将从纳米陶瓷在防护材料、高温材料、汽车工业等领域上的应用进展进行阐述。纳米陶瓷的应用进展 防护材料 普通陶瓷在被用作防护下料时，由于其

8、韧性差，受到弹丸撞击后容易在撞击区出现显微破坏、跨晶、界面破坏、裂纹扩展等一系列破坏过程，从而降低了陶瓷材料的抗弹性能。纳米材料由于断裂强度、断韧性大大提高，而且，纳米陶瓷的硬度和弹性模量都比普通玻璃的强，硬度比普通陶瓷高4-5倍。用另外一句话说，纳米材料具有耐冲击的性能。因此，纳米陶瓷可以用在军事用途上，例如，坦克、舰艇、飞机、火箭等制作上。纳米陶瓷的应用进展 下面具体分析纳米材料在军事领域的运用。（1）纳米陶瓷耐冲击的性能，有效提高主站坦克符 合装甲的抗弹能力，增强速射武器陶瓷管的抗 烧蚀性和抗冲击性；（2）由防弹陶瓷外层和纳米碳管符合材料做衬底，可制成坚硬如钢的防弹背心；（3）纳米陶瓷的

9、耐高温，抗氧化性能，可提高火 炮、鱼雷等抗烧冲击能力，延长使用寿命。纳米陶瓷的应用进展 目前，车辆变得很多，事故也经常发生，而很多人也因此失去宝贵的生命。而在大多数事故中，都是由于车辆变形，压住人的肢体没法逃生，以致发生悲剧。试想一下，纳米陶瓷的功能，若能用于车辆装甲防护，使得车辆具有更好的抗弹、抗爆震、抗击穿能力，提供更为有力的保护。那么，车祸事故是不是会减少呢？人们的生活也会更加的幸福。材料的研制不就是为了让人们的生活更好一些吗？让社会更加进步吗？纳米陶瓷的应用进展 高温材料 纳米陶瓷具有高耐热性、良好的高温抗氧化性、低密度、高断裂韧性、抗腐蚀性和耐磨性，对提高航空发动机的涡轮钱温度，进而

10、提高发动机的推重比和降低燃烧消耗具有重要作用。由于飞机、发电机、舰艇、火箭等都要高速运转，会产生大量的热量，如果这些热量没能够及时散掉，或者找一种比较便宜且价格便宜的材料，那么，这些机器的制造成本会很大，是一个棘手的问题。纳米陶瓷的应用进展 我们可知，纳米陶瓷是一种耐高温的材料，具有高耐热性、良好的高温抗氧化性、高断裂韧性、抗腐蚀性和耐磨性，而且，其有低温超塑性，制造容易，有望成为舰艇、军用涡轮及高温部件的理想材料，以提高发动机效率、可靠性与工作寿命。纳米陶瓷的应用进展 电学性能 压电陶瓷，一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，属于无机功能材料，一种具有压电效应的材料。纳米陶瓷又可作为

11、压电陶瓷，广泛用于电子技术、激光技术、通讯、生物、医学、导航、自动控制、精密加工、传感技术、计量检测、超声和水声、引燃引爆等军用、商用及民用等领域。上转换过程形式 汽车工业 纳米陶瓷具有高硬度、高韧性、超塑性、高耐磨性以及耐高温高压性、抗腐性、气敏性、益加工可切削性等性能，拓展了它在汽车工业中的应用领域。纳米陶瓷即可作连杆、推杆、轴承、气缸内衬、活塞顶等材料，又可用作氧传感器材以用于检测汽车尾气，还可用于制造燃料电池汽车中的高温燃料电池。纳米陶瓷的应用进展 在纳米陶瓷作为防护材料时，我们已经结合纳米陶瓷的高硬度、高韧性、超塑性、高耐磨性以及耐高温高压性，对纳米陶瓷在汽车工业的运用以及发展进行了

12、讨论，但我们只是停留在汽车的表壳硬度，但是，在汽车工业上，纳米陶瓷的用途还可以很广，如上面所说的传动轴，散热管，气缸等。总的来说，纳米陶瓷在汽车工业上是大有前途的，对纳米材料在汽车工业的研制成了重头之戏。纳米陶瓷的发展前景 陶瓷中加入或生成纳米级颗粒、晶须、晶片纤维等，使晶粒、晶界以及他们之间的结合都达到纳米水平，使材料的强度、韧性和超塑性大幅度提高。它克服了传统陶瓷的许多不足，并对材料的力学、电学、热学、磁光学等性能产生重要影响，为代替传统陶瓷的应用开拓了新领域。纳米陶瓷作为一种高科技产品，其优良的室温和高温力学性能、抗弯强度、断裂韧性，使陶瓷具有像金属一样的柔韧性和可加工性，在军事、汽车工

13、业、发电机等诸多方面都有广泛的应用，并在许多超高温、强腐蚀等苛刻的环境下起着其他材料不可替代的作用，具有广阔的应用前景。纳米陶瓷的发展前景 综上所述，纳米陶瓷作为一种新型高性能陶瓷，是近年发展起来的一门全新的科技术，它将成为新世纪最重要的高新技术，将越来越受世界各国科学家的注意。纳米陶瓷的研究与发展必将引起陶瓷工业的发展与变革，以及引起陶瓷理论上的发展乃至建立新理论体系，以适应纳米尺度的研究需要，使纳米陶瓷材料具有更佳的性能以致使新的性能、功能的出现成为可能。我们相信，纳米陶瓷在共产领域乃至日常生活中得到更广泛的应用。参考文献1 揭白浅谈纳米陶瓷J中国高新技术企业，2007，142 张志锟，崔作林纳米技术与纳米材料北京：国防工业出版社，20003 李星国纳米材料研究及其运用A，第三届功能性纺织品及纳米技术应 用研讨会论文集C，2003 4 雷秀娟纳米材料的力学性能D西北工业大学，2001 2011.05.26不足之处，请铁老师指正。