納米陶瓷材料特性及應(yīng)用

來源：《杭州萬景材料報》                  v信：gzjr88

納米陶瓷材料的特性

1．超塑性 

  陶瓷的超塑性是由擴散蠕變引起的晶格滑移所致。擴散蠕變率與擴散系數(shù)成正比，與晶粒尺寸的3次方成反比，普通陶瓷只有在很高的溫度下才表現(xiàn)出明顯的擴散蠕變。而納米二氧化鋯陶瓷的擴散系數(shù)提高了3個數(shù)量級．晶粒尺寸下降了3個數(shù)量級。因而其擴散蠕變率較高，在較低的溫度下。因其較高的擴散蠕變速率而對外界應(yīng)力做出迅速反應(yīng)．造成晶界方向的平移，表現(xiàn)出超塑性。使其韌性大為提高。 

2．?dāng)U散與燒結(jié)性能 

  由于納米陶瓷材料存在著大量的界面，這些界面為原子提供了短程擴散途徑，與單晶材料相比，納米陶瓷材料具有較高的擴散率。增強擴散能力的同時又使納米陶瓷材料的燒結(jié)溫度大為降低。添加10%的納米三氧化二鋁（VK-L30）或納米二氧化鋯（VK-R30Y3）可使普通陶瓷降低燒結(jié)溫度50-100 C。

3．力學(xué)性能 

  不少納米陶瓷材料的硬度和強度比普通陶瓷材料高出4～5倍。在陶瓷基體中引入納米分散相并進行復(fù)合，不僅可大幅度提高其斷裂強度和斷裂韌性，明顯改善其耐高溫性能，而且也能提高材料的硬度、彈性模量和抗熱震、抗高溫蠕變的性能。

  在氧化鋁陶瓷中添加納米α-Al2O3粉（VK-L30  30nm 純度99.99%）， 發(fā)現(xiàn)隨著納米α-Al2O3粉添加量的增加和成型壓力的提高，陶瓷的維氏硬度和斷裂韌性都有所提高。這是因為隨著納米α-Al2O3粉添加量的增加，微米顆粒形成的孔隙被填充減小，堆積密度提高，陶瓷燒結(jié)后的密度也得 到提高。此外，添加納米α-Al2O3 粉后，小尺寸晶粒增多，使裂紋擴展途徑彎折．增加了裂紋擴展長度．降低了裂紋擴展速率，有利于氧化鋁陶瓷韌性的提高。

納米陶瓷材料的應(yīng)用 

1.防護材料 

  普通陶瓷在被用作防護材料時，由于其韌性差，受到彈丸撞擊后容易在撞擊區(qū)出現(xiàn)顯微破壞、垮晶、界面破壞、裂紋擴展等一系列破壞過程，從而降低了陶瓷材料的抗 彈性能。納米陶瓷耐沖擊的性能，增強陶瓷襯管的抗燒蝕性和抗沖擊性；延長使用壽命。

2.高溫材料 

  納米陶瓷高耐熱性、良好的高溫抗氧化性、低 密 度、高斷裂韌性、抗腐蝕性和耐磨性。

3.生物陶瓷的制造、臨床應(yīng)用 

  隨著納米材料研究的深入，納米生物陶瓷材料的優(yōu)勢將逐步顯現(xiàn)，其強度、韌性、硬度以及生物相容性都有顯著提高。例如當(dāng)羥基磷灰石粉末中添加10％～70％ 的納米二氧化鋯（VK-R30Y3  30nm 純度99.99%）粉末時，材料經(jīng)l300 ~1350 C熱壓燒結(jié)，其強度和韌性隨燒結(jié)溫度的提高而增加。納米二氧化鋯增強羥基磷灰石復(fù)合材料比純羥基磷灰石陶瓷的抗彎強度提高1.6倍、斷裂韌性提高2倍、抗壓強度提高1.4倍，與生物硬組織的性能相當(dāng)。