《纳米陶瓷》PPT课件

纳米陶瓷 传统陶瓷 传统陶瓷主要用于餐具 日用容器 工艺品及普通建筑材料 缺点 质地较脆 韧性和强度都较差 因而使其在应用上受到了较大的限制 随着纳米技术的广泛应用 纳米陶瓷随之产生 希望以此来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 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 什么是纳米陶瓷材料 纳米陶瓷刀具 纳米陶瓷灯泡 陶瓷纳米节能灯 纳米陶瓷轴承风扇 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100 下纳米TiO2陶瓷的显微硬度为13000KN mm 而普通456 陶瓷的显微硬度低于2000KN mm 2 高韧性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 3 超塑性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 1纳米陶瓷特性 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400 600 下进行烧结 同时陶瓷的致密化速率也迅速提高 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 1纳米陶瓷特性 纳米陶瓷的制备工艺主要包括纳米粉体的制备 成型和烧结 目前世界上对纳米陶瓷粉体的制备方法多种多样 但应用较广且方法较成熟的主要有气相合成和凝聚相合成2种 再加上一些其它方法 2纳米陶瓷制备 纳米陶瓷粉体是介于固体与分子之间的具有纳米数量级 0 1 100nm 尺寸的亚稳态中间物质 随着粉体的超细化 其表面电子结构和晶体结构发生变化 产生了块状材料所不具有的特殊的效应 粉体 极小的粒径 大的比表面积和高的化学性能 可以显著降低材料的烧结温度 节能能源 使陶瓷材料的组成结构致密化 均匀化 改善陶瓷材料的性能 提高其使用可靠性 可以从纳米材料的结构层次 l 100nm 上控制材料的成分和结构 有利于充分发挥陶瓷材料的潜在性能 纳米材料的优良性能 气相合成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的一种变型 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 是制备纳米陶瓷最有希望的途径之一 制备方法 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 凝聚相合成 溶胶一凝胶法 制备方法 纳米陶瓷应用 1 军事领域2 生物领域3 更坚硬的切削工具4 抗菌5 高灵敏度的传感器6 汽车工业7 航空领域 1 军事领域 纳米陶瓷具有高活性和耐冲击的性能 因此 可以大大地改善武器和装甲的抗烧蚀性和抗冲击性 提高硬度 减轻重量 延长使用寿命等 纳米防弹背心 纳米吸波材料军用隐形战机 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 纳米保健陶瓷片 3 更坚硬的切削工具 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 贵族刀 4 抗菌 杀菌 方面 抗菌 杀菌 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 5 高灵敏度的传感器 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 纳米电容 纳米传感器 6 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 易加工可切削性等性能 拓展了它在汽车工业中的应用领域 纳米陶瓷轴承 手动挡杆 宝马一款大量使用陶瓷材料的发动机 当我们向润滑油中添加一定比例的纳米级的金属陶瓷材料时 这些新鲜的金属表面的悬空键便会迅速与纳米金属材料结合 形成牢固的共价键或金属键结构 富士康全世界第一款纳米陶瓷风扇 纳米陶瓷轴承 NCB 的风扇 耐高温 纳米级的粒子润滑剂性能好 寿命成倍延长 防止温度过高而卡住轴心的现象 7 航空领域 1 纳米陶瓷粉体新的制备方法和工艺条件的研究与开发 开发高效率 低成本的制备技术 2 应用方面 智能化敏感陶瓷元件计算机用光纤陶瓷材料 计算机硬盘和高稳定性陶瓷电容器 3 研究