奈米陶瓷

奈米陶瓷

前言

工程陶瓷又叫結構陶瓷，因其具有硬度高、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕 以及質量輕、導熱性能好等優點，得到了廣泛的應用。但是工程陶瓷 的缺陷在於它的脆性、均勻性差、可靠性低、韌性、強度較差，因而 使其應用受到了較大的限制。

奈米陶瓷

奈米技術開發的奈米陶瓷材料是指在陶瓷材料的顯微結構中，晶粒、

晶界以及它們之間的結合都處在奈米水平（1～100nm），使得材料的 強度、韌性和超塑性大幅度提高，克服了工程陶瓷的許多不足，並對 材料的力學、電學、熱學、磁學、光學等性能產生重要影響，為替代 工程陶瓷的應用開拓了新領域。

奈米陶瓷的特性

奈米陶瓷具有在較低溫度下燒結就能達到緻密化的優越性，而且奈米 陶瓷出現將有助於解決陶瓷的強化和增韌問題而燒結溫度卻要比工 程陶瓷低很多，且燒結不需要任何的添加劑。其硬度和斷裂韌度隨燒 結溫度的增加而增加，故低溫燒結能獲得好的力學性能， 通常，硬 化處理使材料變脆，造成斷裂韌度的降低，而就奈米晶而言，硬化和 韌化由孔隙的消除來形成，這樣就增加了材料的整體強度，因此，如

果陶瓷材料以奈米晶的形式出現，可觀察到通常為脆性的陶瓷可變成 延展性的，在室溫下就允許有大的彈性形變。

奈米陶瓷粉體

奈米陶瓷粉體是介於固體與分子之間的具有奈米數量級（1～100nm）

尺寸的亞穩態中間物質。隨著粉體的超細化，其表面電子結構和晶體 結構發生變化，產生了塊狀材料所不具有的特殊的效應。具有極小的 粒徑、大的比表面積和高的化學性能，可以顯著降低材料的燒結緻密 化程度、節能能源；使陶瓷材料的組成結構緻密化、均勻化，改善陶 瓷材料的性能，提高其使用可靠性。

奈米陶瓷的製備

目前世界上對奈米陶瓷粉體的製備方法多種多樣，但應用較廣且方法 較成熟的主要有氣相合成和凝聚相合成 2 種，再加上一些其他方法。

氣相合成：主要有氣相高溫裂解法、噴霧轉化法和化學氣相合成法，

這些方法較具實用性。

凝聚相合成（溶膠一凝膠法）：是指在水溶液中加入有機配體與金屬 離子形成配合物，通過控制 PH 值、反應溫度等條件讓其水解、聚合，

經溶膠→凝膠而形成一種空間骨架結構，再脫水焙燒得到目的產物的 一種方法。

其他方式

沉降法：如在固體襯底上沉降。

原位凝固法：在反應室內設置一個充液氮的冷卻管，奈米團冷凝于外 管壁，然後用刮板刮下，直接經漏斗送人壓縮器，壓縮成一定形狀的 塊材。

燒結或熱壓法：燒結溫度提高，增加了物質擴散率，也就增加了孔隙 消除的速率，但在燒結溫度下，奈米顆粒以較快的速率粗化，製成塊 狀奈米陶瓷材料。

奈米陶瓷的運用

微電子及量子元件：微電子及量子元件基礎材料:激光法製得的奈米 矽基陶瓷粉不但料徑小且均勻，且純度高分散性好。為微電子及量子 元件製備的最優選材料。

精度拋光磨料：奈米級精度拋光磨料其顆粒均勻，經實驗証明，可用 於一些超硬材料在特殊用途下的奈米級拋光，如藍寶石等光學零件的 拋光等等。

光學性能應用：奈米 SiC、Si3N4 在較寬的波數範圍內對紅外波有較 強的吸收，因此可作紅外吸波和透波材料，做成功能性薄膜或纖維。