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納米陶瓷技術(shù)是解決陶瓷脆性戰(zhàn)略途徑

發(fā)布:2010-3-1 15:47:14  來源: 科技在線 [字體: ]

  陶瓷材料作為材料的三大支柱之一,在日常生活及工業(yè)生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用。但是,由于傳統(tǒng)陶瓷材料質(zhì)地較脆,韌性、強度較差,因而使其應(yīng)用受到了較大的限制。隨著納米技術(shù)的廣泛應(yīng)用,納米陶瓷隨之產(chǎn)生,希望以此來克服陶瓷材料的脆性,使陶瓷具有象金屬一樣的柔韌性和可加工性。英國材料學(xué)家Cahn指出納米陶瓷是解決陶瓷脆性的戰(zhàn)略途徑。
  所謂納米陶瓷,是指顯微結(jié)構(gòu)中的物相具有納米級尺度的陶瓷材料,也就是說晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在納米量級的水平上。要制備納米陶瓷,這就需要解決:粉體尺寸形貌和粒徑分布的控制,團聚體的控制和分散。塊體形態(tài)、缺陷、粗糙度以及成分的控制。
  Gleiter指出,如果多晶陶瓷是由大小為幾個納米的晶粒組成,則能夠在低溫下變?yōu)檠有缘,能夠發(fā)生100%的范性形變。并且發(fā)現(xiàn),納米TiO2陶瓷材料在室溫下具有優(yōu)良的韌性,在180℃經(jīng)受彎曲而不產(chǎn)生裂紋。許多專家認為,如能解決單相納米陶瓷的燒結(jié)過程中抑制晶粒長大的技術(shù)問題,從而控制陶瓷晶粒尺寸在50nm以下的納米陶瓷,則它將具有的高硬度、高韌性、低溫超塑性、易加工等傳統(tǒng)陶瓷無與倫比的優(yōu)點。上海硅酸鹽研究所在納米陶瓷的制備方面起步較早,他們研究發(fā)現(xiàn),納米3Y-TZP陶瓷(100nm左右)在經(jīng)室溫循環(huán)拉伸試驗后,在納米3Y-TZP樣品的斷口區(qū)域發(fā)生了局部超塑性形變,形變量高達380%,并從斷口側(cè)面觀察到了大量通常出現(xiàn)在金屬斷口的滑移線。Tatsuki等人對制得的Al2O3-SiC納米復(fù)相陶瓷進行拉伸蠕變實驗,結(jié)果發(fā)現(xiàn)伴隨晶界的滑移,Al2O3晶界處的納米SiC粒子發(fā)生旋轉(zhuǎn)并嵌入Al2O3晶粒之中,從而增強了晶界滑動的阻力,也即提高了Al2O3-SiC納米復(fù)相陶瓷的蠕變能力。
  雖然納米陶瓷還有許多關(guān)鍵技術(shù)需要解決,但其優(yōu)良的室溫和高溫力學(xué)性能、抗彎強度、斷裂韌性,使其在切削刀具、軸承、汽車發(fā)動機部件等諸多方面都有廣泛的應(yīng)用,并在許多超高溫、強腐蝕等苛刻的環(huán)境下起著其他材料不可替代的作用,具有廣闊的應(yīng)用前景。

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