摘要 介绍了纳米材料的特性阻及钠米陶瓷的制备方法，针对纳米陶瓷特有的特性，介绍了纳米陶瓷材料在信息、生物、抗菌、压电、增韧、军事、涂料工业以及汽车工业等领域的特殊应用，并对纳米陶瓷的应用前景提出了几个发展方向。 关键词 纳米陶瓷；制备；特性；应用
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Abstract Introduces the characteristics of nano material and nano resistance ceramic preparation method, aiming at the characteristic of nano ceramics, nanometer ceramic materials in information, biology, antibacterial, piezoelectric, toughening, military, coating industry and the automotive industry in areas such as special application, and the application prospect of nano ceramic put forward several development directions.防水栓
Keyword Nano ceramic; preparation; characteristics; application
1 引言
纳米陶瓷的研究始于20世纪80年代中期，它是指通过有效的分散、复合使异质相纳米颗粒均匀、弥散地保留于陶瓷基质结构中而得到的复合材料， 当其具有某种特殊功能时便称之为纳米功能陶瓷 。现今，通过对纳米尺度的复杂多元氧化物体系的物理、化学及结构、组成、性能和使用效能等相互关系的研究， 并借助于离子置换、掺杂等方法调节优化其功能， 已经出现了许多具有优异性能或特殊性能的纳米陶瓷。 目前，各国都相继加大了对纳米陶瓷研究的力度， 以便能使性能优良的陶瓷材料与新兴的纳米科技结合，产生1+1>2的效果，使纳米陶瓷具有特殊的使用性能。通过往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。纳米陶瓷克服了工程陶瓷许多不足，对材料的力学、电学、热学、磁光学等性能产生了重要影响， 为工程陶瓷开拓了新的应用领域。
2 纳米陶瓷
所谓纳米陶瓷是指在显微结构中物相所具有的纳米级尺度的陶瓷材料，就是说晶粒尺寸，晶界的宽度，第二相分布，缺陷尺寸等都是在纳米量级的水平上，它被认为是陶瓷研究发 展的第三个台阶。陶瓷粉料颗粒大小决定了陶瓷材料的徽观结构和宏观性能。
3 纳米陶瓷的制备方法
3.1 气相合成法
加热搅拌反应釜气相合成法主要有热化学气相反应法，激光气相法和等离子体气相合成法。
3.1.1 热化学气相反应法(CVD法)
CVD法是目前世界上用于制备纳米粉体的常用方法，CVD法制备纳米粉体工艺是一个热化学气相反应和形核生长的过程．在高于热力学计算，临界反应温度条件下，反应产物的蒸气形成很高的过饱和蒸气压，使得反应产物自动凝聚形成大量的核，这些核在加热区不断地长大聚积成颗粒，在合适的温度下会晶化成为徽晶．随着载气气流的输运和真空的抽送，反应产物迅速离开加热区进入低温区，颗粒生长、聚集、晶化过程停止，最后进入收集室收集起来，就可以获得所需的纳米粉体．此工艺过程可通过调节浓度、流速、温度和组成比例等工艺参数获得最佳工艺条件，实现对纳米粉体组成、形貌、尺寸和晶相等的控制．CVD法可制备出SiC，Si3N4等单相粉体，并且被用来制备各种复合粉体．能制备出小
于35姗的无定形SiC／Si3N4纳米粉体，且做到SiC／Si3N4比例可调，该设备简单，采用电阻炉外加热方式，通过工艺参数调节，制备不同晶型和尺寸的粉体，全套工艺便于放大，但是产物便于在炉管壁沉淀成型，产率不高。
3.1.2 激光气相法
以激光为快速加热热源，利用反应气体分子对特定激光束的吸收布产生热解或化学反应，在瞬间完成了气相反应的成核，长大或终止，形成超细微粒。通常采用连续波CO2激光器，式加热速率快，高温驻留时间短，迅速冷却，可获得均匀超细，最低尺寸小于10 nm的粉体。此法污染小。
3.2 湿化学法
湿化学法主要使用于纳米氧化物粉体，它具有无需高真空、易放大的特点，并能得到性能优异的粉体。对纳米的粒子团聚体的形成或强度的控制是该法关键。可通过共沸蒸馏有机溶剂的洗涤等方法进行有效的控制，可致密度可达到理论上的98.5％以上。湿化学法包括化学深沉淀法，高压水热法和乳浊液法等几种方法。
3.3 溶胶凝胶法
此方法的基本的工艺过程包括醇盐或无机盐水解→SOL→GEL→干燥、焙烧→纳米粉体，也可以运用有机金属化合物作起始原料，制备非氧化物超细陶瓷粉体，溶液的PH值、浓度、反应温度和反应时间的几个重要参数对溶胶凝胶化过程有着重要影响。
4 纳米陶瓷的特性
4.1 高强度
纳米陶瓷材料在压制、烧结后，其强度比普通陶瓷材料高出4 5倍，如在-223℃下!纳米TiO2
陶瓷的显微硬度为13000kN/mm2，而普通TiO2陶瓷的显微硬度低于2000kN/mm2。日本的新原皓一制备了纳米陶瓷复合材料!并测定了其相关的力学性能!研究表明，纳米陶瓷复合材料在韧性和强度上都比原来基体单相材料有较大程度的改善。
4.2 高韧性
传统的陶瓷由于其粒径较大，表现出很强的脆性!而纳米陶瓷由于其晶粒尺寸小至纳米级!在受力时可产生变形而表现出一定的韧性。如室温下的纳米TiO2陶瓷表现出很高的韧性!压缩至原长度的1/4 仍不破碎。
4.3 超塑性
所谓超塑性是指在拉伸试验中，在一定的应变速率下，材料产生较大的拉伸形变。普通陶瓷材料只有在1000℃以上!应变速率＜10-4s-1时才表现出塑性" 而纳米陶瓷在高温下具有类似与金属的超塑性。纳米TiO2陶瓷在室温下就可发生塑性形变，在-180℃下塑性形变可达100％。
4.4 烧结特性
纳米陶瓷材料的烧结温度比传统陶瓷材料约低600℃烧结过程也大大缩短。12nm的TiO2粉体,不加任何烧结助剂，可在低于常规烧结温度茂发跳跳糖400～600℃下进行烧结，同时陶瓷的致密化速率也迅速提高。
4.5 磁学性能
纳米颗粒由于尺寸超细!一般为单畴颗粒，其磁化过程由晶粒的磁各向异性和晶粒间的磁相互作用所决定。晶粒的磁各向异性与颗粒的形状，晶体结构内应力以及晶粒表面的原子状况有关。另外在纳米材料中存在大量的界面成分，当晶粒尺寸减小到纳米级时，晶粒之间的铁磁性相互作用并开始对材料的宏观磁性产生重要影响。
5 纳米陶瓷的应用
5.1 信息领域
电子陶瓷的应用范围日趋广阔，包括基板、传感器、感测器、电容器、压电蜂鸣器和热敏电阻等。纳米陶瓷粉体之所以广泛地用于制备电子陶瓷，原因在于陶瓷粉体晶粒的纳米化会造成晶界数量的大大增加，当陶瓷中的晶粒尺寸减小一个数量级，晶粒的表面积及晶界的体积亦以相应的倍数增加。纳米功能陶瓷可降低产品的成本，并且大大提高产品的质量。如纳米Y2黑陶工艺品O3 和ZrO2 在较低温度烧结的陶瓷具有很高的韧性和强度，被用于轴承和刀具等耐磨器件。用纳米Al2O3 陶瓷粉体为基体，利用其致密速度快、烧结温度低和良好的界面延展性，在烧结过程中控制颗粒尺寸在200~500nm 的最佳范围，可以获得具有良好超塑性的纳米陶瓷材料。
5.2 生物领域
生物功能陶瓷能够模仿人体某些特殊生理行为，可以用来构成牙齿和骨骼等某些人体部位，甚至可望部分或整体地修复或替换人体的某种组织器官，或者增加其功能[8]。要使生物陶瓷具有特殊生理行为，必须满足下述生物学要求：（1）与生物机体相容，对生物机体组织无毒、无刺激、无过敏反应、无致畸、致突变和致癌等作用；（2）满足一定的力学要求，有足够的强度弹性形变和被替换的组织相匹配；（3）能和人体其它组织相互结合。
利用纳米微粒可在体内方便传输的特点，科学家开发出放射疗法用的陶瓷微粒。把可放射β射线的化学元素掺入纳米微粒内，制成β射线源材料，把它植入肿瘤附近，就可直接照射癌细胞又不损伤周围正常组织。目前，一种生物陶瓷材料硅酸铝钇（YAS）就可以满足这些要求。初步临床表明，用这种材料可以大大延长病人的寿命。
液氨化工厂制备5.3 抗菌方面
抗菌陶瓷是一种保护环境的新型功能材料，是抗菌剂、抗菌技术与陶瓷材料结合的产物，也是材料科学与微生物学相结合的产物，是利用高科技抑制和杀灭细菌，使传统产品增加
科技含量的典型例证。由于纳米材料具有表面与界面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量
子隧道效应，其纳米抗菌粉体的抗菌效果将更强，能够广泛用于卫生、医疗、家庭居室、民用或工业建筑，有着广阔的市场前景，已成为高技术产品研究开发的热点之一。目前，按照作用于微生物的机理来划分，抗菌陶瓷可分为两大类：一类是银系缓释型抗菌陶瓷；另一类是纳米钛系光触媒型抗菌陶瓷。其中纳米磷酸锆载银抗菌粉体载陶瓷釉具有缓释性，使得载银抗菌瓷具有持久抗菌性。
5.4 压电方面
纳米陶瓷晶体结构上没有对称中心，具有压电效应。压电陶瓷具有易于制造、成本低、不受尺寸和形状的限制等很多优点。通过精选材料组成体系和添加物改性，可以获得高性能和低温烧结兼优的压电纳米陶瓷材料。通过控制纳米晶粒的生长可获得量子限域效应，以及性能奇异的铁电体，以提高压电热解材料机电转换和热释性能。近年迅速发展的各类压电变压器、压电驱动器、大功率超声焊接技术、压电式振动给料器、超声CVD 新工艺和核电站相配套的大功率超声工程都是纳米陶瓷在压电方面的应用。
5.5 增韧方面
纳米功能陶瓷很好地解决了陶瓷的脆性问题，将纳米金属颗粒尤其是高温合金相制成的纳米颗粒，加入到陶瓷材料中，可以使陶瓷的韧性和抗冲击力得到很大的提高，又不降低原有的强度和硬度，综合了陶瓷和金属两方面的优势，应用领域十分广泛。特别是轴承工业，目前，陶瓷材料己被成功地用来制造机床滚动轴承、水泵滑动轴承等。如水泵中的陶瓷滑动轴承，由于它能够在含有泥沙类固相颗粒的液体中运转，并且具有良好的耐腐蚀性，因而对于直接
输送海水或江水的船用泵来说，具有特别重要的意义。加之良好的导热性能，使泵在一定的干运转期间，不会因过高的升温而发生烧毁。目前纳米陶瓷在轴承中的应用主要有以下几个方面：（1）制成全陶瓷的纳米陶瓷，使制品与常规陶瓷材料相比，其综合性能，尤其是抗断裂韧性有大幅度的提高；（2）将纳米陶瓷添加到橡胶等轴承材料中，改善原材料的强度和耐磨性；（3）通过在原轴承材料表面涂覆纳米陶瓷涂层，提高原轴承材料的耐磨性和使用寿命。
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