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納米陶瓷范文1
氧化鋯納米線的合成方法
成果簡介：該項目研制的氧化鋯納米線的合成方法，涉及一種納米陶瓷材料的制備工藝。該方法是以氧氯化鋯(ZrOCl2?8H2O)、草酸(H2C2O4?2H2O)為原料，在室溫下，分別配制氧氯化鋯(ZrOCl2)與草酸(H2C2O4)水溶液，并在不斷攪拌氧氯化鋯(ZrOCl2)溶液的情況下，將草酸(H2C2O4)水溶液慢慢加入到氧氯化鋯ZrOCl2溶液中，然后繼續不斷地攪拌，得到鋯溶膠；然后將多孔氧化鋁膜浸入到所得的鋯溶膠中，待10分鐘后，在壓力為1.3MPa情況下加壓5小時；將經處理過的膜從溶膠中取出，在紅外燈下烘干，再在500℃、氬氣氛下常壓焙燒5小時，即得到氧化鋯納米線陣列。該方法工藝簡單，原料易得，可合成出直徑為50～300納米，長度大于10微米的氧化鋯納米線。該發明可望在催化、涂料、氧傳感器、陶瓷增韌、固體氧化物燃料電池等諸多領域中得到廣泛的應用。
納米陶瓷粉體表面乳液聚合改性方法
成果簡介：該項目研制的納米陶瓷粉體表面乳液聚合改性的方法屬于納米陶瓷粉體制造技術領域，其特征在于依次含有以下步驟：用高速混合攪拌法使陶瓷粉體表面預先涂覆用以使陶瓷粉體表面呈疏水性的偶聯劑；使經過偶聯劑預處理的納米陶瓷粉體、乳化劑和水在超聲波的作用下形成穩定的乳液體系；以5～0份納米陶瓷粉體，0.5～5份有機單體的質量比來加入有機單體，繼續超聲分散，同時緩慢滴加入引發劑，升溫到形成自由基的溫度(70～80℃)，直至反應結束。用該發明所述的方法可制出具有良好分散性的、經過表面聚合改性的、穩定的陶瓷粉體乳液體系以直接進行離心成型得到顆粒分散均勻的陶瓷素坯。打碎了納米陶瓷粉體間的硬團聚，消除了直接影響素坯成型的消極因素，有利于陶瓷的低溫燒結和晶粒細化。
熱噴涂用納米陶瓷粉末的低成本規?；a方法
成果簡介：該技術生產納米熱噴涂粉末材料，可以控制粉末的晶體粒度、顆粒粒度和形貌，顆粒內部保持納米結構。粉末技術指標如顆粒大小及其分布、顆粒形狀、流動性等，滿足熱噴涂工藝的要求。該技術方法適用于Al2O3、ZrO2、TiO2、SiO2等氧化物陶瓷材料及其復合物的納米熱噴涂粉末的生產。通過反應物濃度、溫度、壓力、添加劑、成型、晶化等參數的控制和調節，可實現低成本規?；a。該技術成果具有良好的應用前景。
低溫燃燒－水熱合成制備納米陶瓷顏料
成果簡介：該項目的目的就是突破傳統的燒結工藝，將低溫燃燒（Low-Temperature Combustion Synthesis，簡稱LCS）技術和水熱合成（Hydrothermal Synthesis）技術相結合，制造納米陶瓷顏料。該類顏料在陶瓷計算機噴墨打印裝飾等領域具有廣闊的用途。該顏料主要指標包括，顏料平均粒徑＜50nm；顏料使用溫度（根據產品而定）在1250℃左右；其他性能與普通陶瓷顏料相同。
納米電子陶瓷材料及其器件工業性制備新技術
成果簡介：該項目采用超重力反應沉淀法合成納米級介質陶瓷基體材料，利用超重力的作用，消除微觀混合的影響，克服了常規攪拌釜或管式沉淀法合成顆粒的過程技術上的不足，同時結合溶膠－凝膠法引入表面改性劑，提高基體材料與添加劑的混合均勻程度，控制添加劑的分布狀態，改善成型、燒結等特性，制備出粒徑、粒度分布、物相均可控的改性中低溫納米介質陶瓷材料；并從濃懸浮體結構模型出發，協調超細粉體在介質中的分散行為；利用納米效應特性及三維仿真設計軟件，優化介質材料設計及合成工藝。
微乳液納米反應器合成制備納米陶瓷顏料
成果簡介：微乳液法制備納米陶瓷顏料是利用兩種互不相溶的溶劑在表面活性劑分子界面膜的作用下生成的熱力學穩定的、各向同性的、外觀透明或半透明的低粘度分散體系。微乳液中劑量小的溶劑被包裹在劑量大的溶劑中形成一個微泡，微泡的表面被表面活性劑所包裹，其粒徑在1～100nm，通過選擇表面活性劑及控制相對含量，可將其水相液滴尺寸限制在納米級，不同微乳液滴相互碰撞發生物質交換，在水核中發生化學反應，每個水相微區相當于一個“微反應器”，在每個微泡中固相的成核、生長、凝結等過程僅僅局限在一個微小的球形液滴內從而形成球形微粒，從而得到納米陶瓷顏料。
精密納米陶瓷手術刀
成果簡介：傳統鋼制手術刀在使用和加熱消毒時易腐蝕、鈍化，壽命低；金剛石手術刀加工工藝復雜，透明，操作困難，價格昂貴。該成果采用納米陶瓷材料與加工高技術克服了上述缺點，刀口鋒利，無磁，無毒，無靜電，壽命長，防腐蝕，具有生物體組織相容性，精度高，刀口可快速愈合，術后無明顯切痕，易于操作，可在高溫下使用，且成本適中。
永久性自潔凈納米陶瓷釉
成果簡介：該產品是一種永久性自潔凈納米陶瓷釉，在普通陶瓷釉中添加進多種納米氧化物材料，改變傳統陶瓷釉配方，使用傳統的陶瓷類產品制備工藝燒結，使新陶瓷類產品陶瓷釉表面有納米結構，因此具有疏水和永久性自潔凈功能。該陶瓷釉主要用于電力瓷瓶、瓷棒、建筑和家用等自潔凈陶瓷類產品中。該發明的陶瓷釉制備工藝簡單、成本低、不改變陶瓷產品的生產工藝，且耐溫范圍大、耐酸堿性好。
納米陶瓷涂層、紋路技術在電飯煲、電壓力鍋上應用
成果簡介：電飯煲、電壓力鍋的內鍋需要采用納米陶瓷涂料。該項目研制的涂料采用無機質的陶瓷經過納米技術處理和機能性添加劑結合，加水分解和縮合過程后，最終形成精密的、高強度的納米陶瓷涂料，以金屬為基質的內鍋表面經過超硬化處理后，在低溫下（200攝氏度以下）固化成形，表面硬度高，無任何毒性和腐蝕性物質，無任何氣味，具有節能、耐高溫、不粘、安全等特點。采用紋路技術的電飯煲、電壓力鍋的風鍋，其特征在于鍋體內壁均布多邊形或圓形或橢圓形凹槽，特點是內鍋加熱輻射面積增加，擴大內鍋受熱面積，節約熱源。大米或烹飪的食物與鍋體均布有間隙，水填充其中，加熱時水汽傳熱更充分，底部受熱均勻，不糊底。
金屬陶瓷材料
成果簡介：該項目建成烏海市第一條用焦化廠廢氣生產年產3萬噸耐火材料生產線，主要針對高鋁、異形耐火材料的生產。進行了“稀土電解用新型惰性陽極材料”“納米陶瓷刀具”開發。該項目產品為新型惰性陽極材料及配套產品。以既有良好導電性又具有高溫抗腐蝕性且成本低廉的金屬鋁化物材料為陽極，替代傳統的石墨陽極。利用陶瓷相的納米尺寸效應提高刀具的韌性使其高于10MPam1/2以上，同時使用具有特殊物理、化學性質及高溫性能的新金屬間化合物材料來粘結納米陶瓷。
納米材料及加工技術
成果簡介：該項目來源于黑龍江省科技攻關計劃，主要研究內容包括納米材料的制備及成形、納米材料的加工技術、超分子薄膜體系的自組裝技術與機理。取得的成果如下：超純超細納米陶瓷粉末原料的制備技術：采用濕化學法制備超純超細納米陶瓷粉末，粒度在30～80nm之間，無硬團聚；納米陶瓷超塑成形技術：采用無粘結劑冷等靜壓成形素坯，在真空熱壓燒結爐中燒結，最后在真空燒結爐中完成超塑成形；納米復合粉體制備技術：應用高能球磨法采用變轉速多次循環球磨工藝，制備出了平均晶粒尺寸約為25nm的WC-10Co-0.8VC-0.2Cr3C2(wt%)納米復合粉末，提高了納米WC-Co復合粉末的制備效率；納米復合粉體壓制成形技術：采用二次雙向模壓成形工藝對納米WC-Co復合粉末進行壓制，納米WC-Co粉末素坯的相對密度達到55%以上；控制納米晶WC-Co燒結過程中晶粒長大技術：制備出了平均晶粒尺寸為250nm，綜合性能較高的硬質合金塊體；納米陶瓷表面精密磨削技術：采用了在線電解修整（ELID）磨削技術對納米陶瓷塊材進行了鏡面磨削；納米陶瓷材料特性的測量技術：采用了納米壓痕技術原理，獲得納米陶瓷的力學性能；超分子薄膜體系自組裝技術：采用液相沉積的方法，完成了硫醇單分子表面金屬團簇的形成。
納米陶瓷材料產業化制備技術開發
成果簡介：該項目運用了材料設計理論和顯微結構的控制技術。該項目采用高溫溶膠－凝膠工藝，將幾十種礦物原料或工業廢渣在高溫下溶化成均質的高溫溶膠(玻璃質溶體)，從而解決了陶瓷材料制備中的組成不均勻性和殘留氣孔等難題，將高溫容膠快速冷卻后形成非晶態溶膠體(一種可晶化的玻璃)，然后將非晶態的凝膠體在特定的熱處理制度下使之原位受控晶化，形成晶粒尺寸在納米級且結構均勻致密的納米微晶陶瓷。該項目的關鍵技術主要包括高溫溶制技術，是解決材料組成均勻和性能可靠的關鍵技術；玻璃熔體的成形技術，是實現納米微晶陶瓷制品產業化制備的關鍵；原位受控晶化技術，獲得具有理想顯微結構和優良性能的納米微晶陶瓷材料的關鍵。
新型納米復相陶瓷的制備和性能
成果簡介：該成果內容包括CrN、TiN和NbN納米粉體的制備、高強度高導電Si3N4/TiN納米復相陶瓷、高強度可切削的Si3N4/BN納米復相陶瓷和高力學性能的ZTM/SiC、ZTA/LaAl11O18納米復相陶瓷等。通過納米復合工藝制備了高強度的納米復相陶瓷及高強度高導電和高強度可切削的具有結構-功能一體化特性的納米復相陶瓷，在汽車、電子、機械和化工行業具有潛在的應用前景。
α-氧化鐵基納米陶瓷制備的CO氣敏元件(中試)
成果簡介：該項目是在完成省科技廳1995年下達的“用于CO選擇性檢測的α-Fe2O3基納米粉體的合成及氣敏元件研制”(閩科鑒字[1997]第81號)成果基礎上，進行的中試。中試目標是考察放大批量合成納米粉體并制作CO氣敏元件的工藝的可行性和元件的各項性能指標：建立一條制作元件的中試生產線及氣敏元件自動檢測系統；建立CO氣敏元件技術標準。中試選定的納米粉體和元件生產工藝是可行的。元件性能仍保持小試的樣品水平，達到國內外同類產品先進水平。其主要技術指標：加熱功率≤100mV；清潔空氣中阻值≤10M；靈敏度≥3(100ppmCO)；響應時間≤10秒；氣體分辨率≥3(100ppmCO，H2)。中試所確定的元件制作工藝可作為批量生產的依據，建議進行批量生產，并著手組織力量設計與元件匹配的傳感器，并組織生產整機。
納米陶瓷范文2
關鍵詞納米陶瓷，團聚，表面改性，應用
1前 言
納米材料為顆?；虺叽缭谝痪S尺度上小于100nm，并且具有截然不同于塊狀材料的電學、磁學、光學、熱學或力學性能的一類材料體系[1]。其介于團簇與體相之間的特殊狀態，具有宏觀體相的元胞和鍵合結構[2]，賦予了納米微粒許多優異的性能，如小尺寸效應、表面與界面效應、體積效應、宏觀量子隧道效應等。
Si3N4、AlN、TiN、SiC、BN等陶瓷納米粉體是一類高性能的納米材料，除了具備納米級材料所特有的效應，還保持了陶瓷材料的高硬度、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕等性能。目前，科研工作者已研究了其在塑料、橡膠、聚氨酯等材料中的應用，制備了一系列性能優異的復合材料。但是由于納米粒子的比表面積大，表面能高，具有很高的活性，處于非熱力學穩定狀態，且在使用過程中分散性差，易于團聚[3～4]，所以在應用上還存在著技術瓶頸。因此，在制備和應用的過程中需要通過對其進行表面改性處理，以更好地發揮其特殊的功能效應。
2陶瓷納米粉體的表面改性與應用
2.1 納米氮化硅（Si3N4）
納米Si3N4表面呈叔胺結構（Si3N），由于其表面積大，表面硅原子的化學鍵得不到飽和，存在著許多硅懸鍵（N3Si0）。當它們暴露于空氣中時，該結構具有很高的反應活性，能與空氣中的水和氧發生緩慢的反應，而在粉體的顆粒表面生成一系列的表面活性基團。對納米氮化硅粉體的XPS和FTIR分析表明，顆粒表面的吸附雜質主要是O2及CO2、H2O。
納米Si3N4的改性方法有化學方法和物理方法兩種，其中化學方法有偶聯劑法、表面活性劑法、大分子法等。王君等人[5]用硅烷偶聯劑縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH-50）對納米氮化硅進行表面改性，實驗證明該方法有效、可行，并且KH-50的最佳用量為氮化硅用量的1%。田春燕[6]通過實驗發現加入適量的表面活性劑能改善納米Si3N4的分散效果，陽離子型表面活性劑聚甲基丙烯酸胺的分散效果優于非離子型表面活性劑吐溫280；分散體系的pH值也影響納米Si3N4粉的分散效果。張衛昌[7]等人用液體羧基丁腈橡膠對納米Si3N4粉體表面進行改性研究，處理過的Si3N4粉體粒徑明顯減小，在有機溶劑中的分散性良好；親水性減小，親油性增加，表面自由能明顯降低，處理后的納米Si3N4粉體更容易在聚合物中分散。
納米粒子物理改性的手段可分為機械力分散法、超聲波分散法、高能處理法等。F.Brenscheidt[8]等人用高強度脈沖法對Si3N4陶瓷的納米粉體進行表面修飾，發現其力學性能尤其是抗磨性能得到很大的提高。
氮化硅[9]既可作發動機零部件和刀具材料，又可做抗腐蝕和電磁方面的材料，但其塑性變形能力差、韌性低、不易形變。由于納米粉末具有巨大的比表面積，使作為粉末性能驅動力的表面能劇增，擴散速率增大，路徑變短，因而燒結致密化速度加快，溫度下降，燒結時間縮短，既可獲得很高的致密化又可獲得納米級尺度的顯微結構，這樣的納米陶瓷具有最佳的力學性能，還有利于減少能耗，降低成本。納米Si3N4的燒結溫度比微米級的降低了400～500℃。許多研究還發現，將納米氮化硅粉體加入聚合物中也有望提高聚合物復合材料的相關性能：夏茹等[10]用粒徑為20nm的納米氮化硅(Si3N4)填充丁腈橡膠(NBR)制備納米橡膠復合材料，用大分子偶聯劑對納米Si3N4進行表面處理，研究了復合材料的力學性能和熱老化性能等。結果表明，納米Si3N4的加入一定程度上提高了NBR的撕裂強度、拉伸強度、耐磨性等，明顯降低了內耗，改善了橡膠的動態力學性能和耐熱老化性能。董英鴿等人[11]以微米級氮化硅為起始原料，加入納米氮化硅來增強基體，隨著加入量的增加，顯氣孔率增加，吸水率增加；加入3wt%的納米氮化硅時，試樣的體積密度最大，抗彎強度、洛氏硬度、斷裂韌性最好，具有較理想的顯微結構。
對納米Si3N4粒子進行適當的表面改性可有效阻斷在高表面能作用下的團聚現象，繼續保持納米Si3N4粒子的特有性能，從而拓展了納米Si3N4的應用領域。
2.2 納米氮化鋁（AlN）
紅外光譜測出在氮化鋁粉末表面存在著-OH、-NH-和-NH2等活性基，因此可以認為在氮化鋁表面同樣發生了類似于氮化硅表面所發生的表面化學反應。此外，氮化鋁粉末由于表面活性較高，易與空氣中的水蒸氣發生反應，因此氮化鋁粉末表面還會包覆Al(OH)3或AlOOH（鋁水合物）的薄膜。
徐征宙[12]等人用硅烷偶聯劑KH-550對納米AlN粉末表面進行修飾改性并采用XRD和紅外光譜分析了硅烷處理AlN粉末的修飾機理。馬文石[13]對納米AlN粉用偶聯劑-苯乙烯接枝進行表面修飾，顯著提高了其抗水解的能力，室溫下長達一個月遇水不發生變化；在70℃的熱水浴浸泡24h，其懸浮液pH值仍能保持在7.0。其最佳工藝條件是：以無水乙醇為溶劑、處理劑的加入量為5wt%、70℃反應3h，活化指數可以達到1.0。
AlN陶瓷納米粉體本身具有極好的熱穩定性和優良的導熱性，當表面經修飾處理的納米陶瓷粉體在橡膠基體中均勻地分散并達到良好的相容時，不僅對橡膠具有明顯的補強效果，而且能將橡膠動態內耗生熱有效導出，從而提高橡膠耐動態熱老化性能，延長其壽命，特別適合制造汽車橡膠減震件。王涂根[14]研究了納米AlN含量對復合材料性能的影響和Cu/AlN復合材料的軟化溫度特性。結果表明，在燒結過程中，彌散分布在銅基體中的納米AlN顆粒對致密化以及晶粒長大都有阻礙作用。隨著復合材料中AlN顆粒質量分數的增加，材料的密度和導電性呈下降趨勢，而硬度出現極大值。復合材料的軟化溫度達到700℃，遠遠高于純銅的軟化溫度(150℃)，從而提高了材料的熱穩定性。
2.3 納米氮化鈦（TiN）
氮化鈦具有耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、抗熱震、密度低且硬度高等優異性能，用它作為增強相，可有效提高金屬、陶瓷基體材料的力學性能和導電性能。它的熔點比大多數過渡金屬氮化物高，而密度卻比大多數過渡金屬氮化物低，因而它是一種很有特色的陶瓷材料，可用以制造汽車橡膠減震件。
許育東[15]等人運用超聲分散技術研究了納米TiN粉的分散性能并得到了優化的超聲及分散工藝參數：分散介質為無水乙醇，加入量為3wt%，超聲時間為30～40min。實驗發現，分散體系中表面活性劑的引入是必要的，且加入量要合適。加入吐溫-80等非離子型表面活性劑比加入十二烷基苯璜酸等陰離子表面活性劑的效果更好。分散體系的pH值對分散狀況有一定的影響。
劉寧[16]等人研究了納米TiN改性TiC基金屬陶瓷刀具與普通Ti(C，N)基金屬陶瓷刀具及硬質合金刀具在切削正火態45鋼時的磨損曲線及磨損機理。結果表明：納米TiN改性TiC基金屬陶瓷刀具的效果明顯；與硬質合金刀具相比，納米改性金屬陶瓷刀具優良的綜合性能使其具有更高的耐磨性。夏法鋒[17]等人研究的含有納米TiN粒子的Ni2TiN復合鍍層，不僅具有細密的顯微結構，而且表現出優良的性能，如較高的硬度以及良好的耐磨性能和耐腐蝕性能。Ni2TiN復合鍍層的磨損量大約為純鎳鍍層的1/5，其平均腐蝕速率為純鎳鍍層的1/3左右，20鋼的1/5。
2.4 納米氮化硼（BN）
氮化硼是由氮原子和硼原子所構成的晶體，化學組成為43.6%的硼和56.4%的氮，具有四種不同的變體：六方氮化硼(hBN)、菱方氮化硼(rBN)、立方氮化硼(cBN)和纖鋅型氮化硼(wBN)。其中立方氮化硼的硬度僅次于金剛石，但熱穩定性和化學惰性遠高于金剛石。具有弱鐵磁性，在573～973K有氧化性，表面有B2O3保護層（反應式為2BN+3/2O2=B2O3+N2）。而六方氮化硼的突出特點是具有類似石墨的層狀結構和很好的性。
王向東[18]以氫氧化法制備出納米氮化硼包覆微米氮化硅的Si3N4/BN納米復合粉體，氮氣氛下處理后，所得復合粉體經1800℃熱壓燒結可獲得加工性能良好的復相陶瓷。李永利等通過原位化學包覆工藝制備的可加工Al2O3/BN納米復合材料的抗熱震性能明顯優于Al2O3基體材料，其熱震溫差ΔTc從195℃提高到約395℃，抗熱震損傷性能也得到相應的改善。
2.5 納米碳化硅（SiC）
碳化硅為共價化合物，Si-C之間的鍵合力很強，屬于金剛石結構。它的高溫強度大，一般陶瓷在1200℃～1400℃時強度顯著下降，而碳化硅的抗彎強度在1400℃時仍保持在500～600MPa。碳化硅的熱傳導能力很高，熱穩定性、耐蝕性、耐磨性也很好。作為陶瓷材料，它具有高硬度、高熱穩定性及抗腐蝕性；作為半導體材料，它有寬的帶隙、耐電擊穿、熱穩定性好等特點。
李超[19]等人根據置換反應的原理將Cu2+還原為Cu原子，在納米SiC顆粒表面成核，實現了Cu包覆納米SiC顆粒。分析表明：復合粉體包覆完全、分散均勻、無明顯團聚、大部分呈球形。在空氣中會部分氧化，生成一定量的Cu2O，應用時可根據需要進行適當處理。納米SiC顆粒表面改性后，可以改善其在Cu基合金中的分散性和相容性，滿足了表面改性的要求。
車劍飛[20]采用縮聚法在納米SiC表面接枝了聚縮醛。分析結果表明，納米SiC表面形成了良好的表面修飾層，接枝物聚縮醛以化學鍵結合于納米SiC表面。張巨先、候耀永[21]以pH值緩沖溶液作為沉淀劑，利用非均勻成核法在納米SiC微粒表面均勻涂覆一層Al(OH)3。通過控制 Al(OH)3的生成量，控制涂層的厚度。涂覆后的SiC粒子表面性質被改變，其水懸浮液表現出類似Al2O3的膠體特性，并且其在水中的分散狀況也得到改善。此外，涂覆后的SiC粒子，在1000℃以下具有很強的抗氧化能力。
李建衛[22]等人采用改性納米SiC粉體對球墨鑄鐵進行了強韌化處理，研究了不同的納米SiC粉體加入量對球墨鑄鐵的微觀組織、力學性能以及耐磨損性能的影響。結果表明，經改性的納米SiC粉體強韌化處理后，球墨鑄鐵的韌性和耐磨損性能提高，其中的石墨球尺寸減小，圓整度提高，鐵素體含量增多。當粉體加入量為0.11%(質量分數)時，其延伸率和沖擊功分別增加了19%和194%。耐磨損性能提高的原因是石墨球形態的改善和基體組織韌性的提高。
喻麗華[23]用分散良好、界面結合良好的納米SiC改性酚醛樹脂，用超聲波對納米SiC進行物理分散，用偶聯劑對其進行表面化學改性。經表面改性的SiC納米粒子酚醛樹脂較純酚醛樹脂的熱穩定性要好。
由于SiC納米粉制得的涂層具有更為優良的耐高溫強度、耐磨性，可作為結構材料廣泛應用于航空、航天、汽車、機械、石化等工業領域；SiC材料的高熱導率和高絕緣性等特性，使其可在電子工業中作大規模的集成電路的基片和封裝材料；SiC納米涂層也是高溫結構陶瓷的理想材料，可涂覆在高溫燃氣輪機的轉子、噴嘴、燃燒器、高溫氣體的熱交換器部件上，以及發動機的汽缸和活塞等部件上，還可作為核反應堆材料及火箭頭部雷達天線罩等。高熱輻射性是SiC納米涂層的一個很有實用價值的特性。將SiC納米涂層噴涂于各種加熱爐的內襯上，可增加爐壁的熱輻射能力，提高加熱元件或爐體與工件之間的熱交換強度和速度，實現高效節能的目的[24]。致密的SiC納米涂層光散射小、在寬電磁波范圍內反射率高，因此是迄今為止最為理想的衛星反射鏡材料[25]。
3結 論
只有解決好納米粒子在材料中的團聚問題，納米粒子的特殊效應才會在材料中得到很好的體現，從而使材料的力學、光學、熱學等方面的性能得到較大的提高。由于納米材料表面處理技術復雜、成本高，以及在不同的應用領域往往需要不同的改性方法，這為改性納米陶瓷工業化推廣帶來諸多不便，需要不斷探索更簡便、更有效的改性方法，從而更廣泛地推進納米陶瓷的應用。
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Surface Modification and Application of Nano-Powder
Wang HaiyanZhang Yuchuan
(College of Chemistry and EngineeringAnhui UniversityHefeiAnhui 230031)
納米陶瓷范文3
關鍵詞：納米硬度顯微鏡度鉀長石陶瓷 顯微結構
中圖分類號：J527 文獻標識碼：A 文章編號：
1. 前言
硬度是“某一物體抵抗另一物體產生變形能力的度量”，它反映了材料的彈性極限、彈性模量、屈服極限、脆性、乃至于材料結晶狀態、原子間鍵結合力和原子結構等特性，是材料局部區域力學性能在特定條件下的整體綜合表現。它是材料對外界物體機械作用的局部抵抗能力的一種表現，反映了固體物質凝聚或結合強弱的程度。
納米壓痕技術是最近幾年發展起來的一種新技術[1]。納米壓痕硬度儀的主要功能是測量材料的硬度和彈性模量，還可以用來研究脆性材料的斷裂韌性、金屬材料的屈服應力和應變硬化特征[2]、聚合物的阻尼和內摩擦參數特性如存儲和耗散模量、蠕變的活化能和應力指數[3]、薄膜的力學性能和摩擦系數[4]等。
納米硬度其測試原理有經典力學方法（Oliver和Pharr方法）、應變梯度塑性理論、Hainsworth方法等等，其中經典力學方法是目前使用最廣的方法，也是當前市場上主要的商業化納米硬度計中所設置的計算方法[5]。該理論認為：在加載過程中，試樣首先發生彈性變形，隨著載荷的增加，試樣開始發生塑性變形；卸載曲線反映了被測物體的彈性恢復過程。通過分析加載卸載曲線可以得到材料的硬度和彈性模量。
納米硬度的計算仍采用傳統的硬度公式
(1-1)
其中：Fmax－最大壓入載荷；A－壓痕的投影面積。
彈性模量E由下面的公式推導
(1-2)
(1-3)
其中S為卸載曲線上端部的斜率，β為與壓頭有關的常數[54]。Er為復合響應模量，Ei，Vi分別為壓頭的彈性模量和泊松比。
為了從載荷－位移數據中計算出硬度和彈性模量，必須知道彈性接觸韌度(S)和接觸面積(A)。但是與傳統硬度計算不同的是，A值不是由壓痕照片得到的，而是根據“接觸深度”計算得到的，這是因為納米壓痕試驗中載荷和壓深很小，如果采用傳統方法確定A值，則計算出的硬度值誤差很大。
Oliver-Pharr方法是通過將卸載曲線頂部的載荷與位移的關系擬合為一指數關系：
(1-4)
此處B和m為擬合參數，hf為完全卸載后的位移。彈性接觸韌度便可以對其積分計算出
(1-5)
為了確定接觸面積，我們首先必須知道接觸深度hs[34]，對于彈性接觸[55]，接觸深度總是小于總的穿透深度（即最大位移hmax）。接觸深度可以由下式（1-6）給出
(1-6)
此處是一與壓頭形狀有關的常數。接觸面積A便可以根據經驗公式A＝f(hs)計算得出[34]。一旦知道了接觸韌度和接觸面積，硬度和彈性模量便可以計算出。
是否考慮彈性變形，是顯微硬度與納米硬度最大的區別，在納米硬度法測量陶瓷材料時，其彈性變形在總變形中的比例較大，納米硬度法獲得的數值與顯微硬度獲得的數值相差勢必較大。
2．納米硬度在測量鉀長石陶瓷中的意義
目前，人們的討論都沒有考慮到陶瓷材料的顯微結構對測試結果的影響，例如，在壓痕法測試鉀長石陶瓷中，在4.9N的載荷下，其裂紋長度為30微米左右，在此范圍內，試樣的顯微結構是不均勻的。這就使得壓痕法測得的硬度值與斷裂韌性值存在一定的離散性。在Ritter報道的采用Vickers壓痕對鈉鈣硅酸鹽試驗中，在9.8N的載荷下獲得的壓痕裂紋，其尺寸的變異系數(即均方差與平均值之比)為14.4％[5]。在壓痕法測量陶瓷復合材料時，其裂紋長度一般為幾十個微米左右，在此范圍內，陶瓷的顯微結構是不均勻的，同時，不同的晶相組織對裂紋生長的影響也是不同的，所以，對于陶瓷復合材料來講，壓痕法得到的只是材料局部的力學性能而不是材料宏觀的力學性能。壓痕法只是適合于內部組織均一的陶瓷進行力學性能測定。為了解決這個問題，由于試驗儀器方面的限制，人們以往的做法是從統計學的角度出發，多采集試驗數據[6]，而沒有在根本上從材料學的角度去解決這個問題。
納米硬度儀通過自身的AFM系統，能夠直觀的區別陶瓷微觀組織中的玻璃相與晶相，通過分別測量鉀長石晶相與玻璃相的硬度值，可以直觀的顯示出陶瓷內部不同組織對陶瓷整體硬度值的貢獻。通過金相顯微觀察出不同制備方法的陶瓷試樣的晶相含量，就可以定性的分析不同制備方法制備的試樣硬度值[7]。
3．顯微硬度測試鉀長石陶瓷力學性能的不足
將鉀長石粉末經過相關成型工藝后在1250℃，保溫60min進行燒結，燒結后得到的試樣經HF腐蝕后進行顯微硬度測試，其具體的壓痕情況見下圖。
從圖1中可以看出，對P3試樣相近區域進行顯微硬度試驗，壓痕b效果較好，而壓痕a出現破碎現象，沒有獲得較好的壓痕，不能進行硬度的測量，這是由于鉀長石試樣中存在一定的玻璃相，而在用顯微硬度測量鉀長石陶瓷試驗中，由于陶瓷中的玻璃相在加載過程中出現破碎現象，無法獲得較好的壓痕，進而無法得到其硬度值。所以在顯微硬度測量時，我們得到的只是晶相或者是大部分為晶相區域的硬度值，這就無法反映鉀長石陶瓷整體的力學性能。而如果減小加載載荷直至到測量玻璃相的硬度值也不會發生破碎現象時，其載荷太小，用肉眼去測量壓痕長度時誤差太大，其數據不可信。
4. 鉀長石晶相硬度值的測定
對鉀長石晶相進行納米硬度試驗，試驗過程為實驗過程：
(1)采用光學顯微鏡聚焦于試樣，并劃定安全界限；
(2)調整air-indent控制參數為：載荷為50N；加載、卸載速率為25N /sec，進行air-indent，校正設備；
(3)設置預定載荷加載,具體加載-卸載曲線如圖2所示壓針逼近試樣表面，并確定表面接觸零點，壓入試樣，卸載，返回數據。
通過實驗得到的載荷-位移曲線得到晶相的硬度值，如圖3所示，其硬度值為12.77GPa。
圖4與圖5分別為納米硬度試驗前后的AFM圖，圖中白色區域為晶相，這是因為試樣經過HF腐蝕后，玻璃相腐蝕較多，從圖4的表面粗糙度分析也可以看出晶相與玻璃相的區別。圖中晶相粗糙度很小，能夠進行納米硬度試驗。從圖5中可明顯看出硬度試驗后的壓痕。
五，結論
通過納米硬度可以針對陶瓷內部具體顯微結構進行力學性能測試，為研究陶瓷各種顯微結構，各種晶相組織及玻璃相對陶瓷整體力學性能的影響開辟了一條新的思路。
參考文獻
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納米陶瓷范文4
一、納米材料在工程上的應用
納米材料的小尺寸效應使得通常在高溫下才能燒結的材料如SiC,BC等在納米尺度下在較低的溫度下即可燒結,另一方面,納米材料作為燒結過程中的活性添加劑使用也可降低燒結溫度,縮短燒結時間。由于納米粒子的尺寸效應和表面效應,使得納米復相材料的熔點和相轉變溫度下降,在較低的溫度下即可得到燒結性能良好的復相材料。由納米顆粒構成的納米陶瓷在低溫下出現良好的延展性。納米TiO2陶瓷在室溫下具有良好的韌性,在180°C下經受彎曲而不產生裂紋。納米復合陶瓷具有良好的室溫和高溫力學性能,在切削刀具、軸承、汽車發動機部件等方面具有廣泛的應用,在許多超高溫、強腐蝕等許多苛刻的環境下起著其它材料無法取代的作用。隨著陶瓷多層結構在微電子器件的包封、電容器、傳感器等方面的應用,利用納米材料的優異性能來制作高性能電子陶瓷材料也成為一大熱點。有人預計納米陶瓷很可能發展成為跨世紀新材料,使陶瓷材料的研究出現一個新的飛躍。納米顆粒添加到玻璃中,可以明顯改善玻璃的脆性。無機納米顆粒具有很好的流動性,可以用來制備在某些特殊場合下使用的固體劑。
二、納米材料在涂料方面的應用
納米材料由于其表面和結構的特殊性，具有一般材料難以獲得的優異性能，顯示出強大的生命力。表面涂層技術也是當今世界關注的熱點。納米材料為表面涂層提供了良好的機遇，使得材料的功能化具有極大的可能。借助于傳統的涂層技術，添加納米材料，可獲得納米復合體系涂層，實現功能的飛躍，使得傳統涂層功能改性。涂層按其用途可分為結構涂層和功能涂層。結構涂層是指涂層提高基體的某些性質和改性；功能涂層是賦予基體所不具備的性能，從而獲得傳統涂層沒有的功能。結構涂層有超硬、耐磨涂層，抗氧化、耐熱、阻燃涂層，耐腐蝕、裝飾涂層等；功能涂層有消光、光反射、光選擇吸收的光學涂層，導電、絕緣、半導體特性的電學涂層，氧敏、濕敏、氣敏的敏感特性涂層等。在涂料中加入納米材料，可進一步提高其防護能力，實現防紫外線照射、耐大氣侵害和抗降解、變色等，在衛生用品上應用可起到殺菌保潔作用。在標牌上使用納米材料涂層，可利用其光學特性，達到儲存太陽能、節約能源的目的。在建材產品如玻璃、涂料中加入適宜的納米材料，可以達到減少光的透射和熱傳遞效果，產生隔熱、阻燃等效果。
日本松下公司已研制出具有良好靜電屏蔽的納米涂料，所應用的納米微粒有氧化鐵、二氧化鈦和氧化鋅等。這些具有半導體特性的納米氧化物粒子，在室溫下具有比常規的氧化物高的導電特性，因而能起到靜電屏蔽作用，而且氧化物納米微粒的顏色不同，這樣還可以通過復合控制靜電屏蔽涂料的顏色，克服炭黑靜電屏蔽涂料只有單一顏色的單調性。納米材料的顏色不僅隨粒徑而變，還具有隨角變色效應。在汽車的裝飾噴涂業中，將納米TiO2添加在汽車、轎車的金屬閃光面漆中，能使涂層產生豐富而神秘的色彩效果，從而使傳統汽車面漆舊貌換新顏。納米SiO2是一種抗紫外線輻射材料。在涂料中加入納米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光潔度及強度成倍地增加。納米涂層具有良好的應用前景，將為涂層技術帶來一場新的技術革命，也將推動復合材料的研究開發與應用。
三、納米材料在催化方面的應用
催化劑在許多化學化工領域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應時間、提高反應效率和反應速度。大多數傳統的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經驗進行，不僅造成生產原料的巨大浪費，使經濟效益難以提高，而且對環境也造成污染。納米粒子表面活性中心多，為它作催化劑提供了必要條件。納米粒于作催化劑，可大大提高反應效率，控制反應速度，甚至使原來不能進行的反應也能進行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應速度提高10～15倍。
光催化反應涉及到許多反應類型，如醇與烴的氧化，無機離子氧化還原，有機物催化脫氫和加氫、氨基酸合成，固氮反應，水凈化處理，水煤氣變換等，其中有些是多相催化難以實現的。半導體多相光催化劑能有效地降解水中的有機污染物。例如納米TiO2，既有較高的光催化活性，又能耐酸堿，對光穩定，無毒，便宜易得，是制備負載型光催化劑的最佳選擇。已有文章報道，選用硅膠為基質，制得了催化活性較高的TiO／SiO2負載型光催化劑。Ni或Cu一Zn化合物的納米顆粒，對某些有機化合物的氫化反應是極好的催化劑，可代替昂貴的鉑或鈕催化劑。納米鉑黑催化劑可使乙烯的氧化反應溫度從600℃降至室溫。用納米微粒作催化劑提高反應效率、優化反應路徑、提高反應速度方面的研究，是未來催化科學不可忽視的重要研究課題，很可能給催化在工業上的應用帶來革命性的變革。
四、納米陶瓷材料增韌改性
納米陶瓷范文5
關鍵詞:納米技術;新型建材;應用;前景
1 納米涂料的應用
通常傳統的涂料都存在懸浮穩定性差,耐老化、耐洗刷性差,光潔度不夠等缺陷。而納米涂料則能較好的解決這一問題,納米涂料具有下述優越的性能:(1)具有很好的伸縮性,能夠彌蓋墻體細小裂縫,具有對微裂縫的自修復作用。(2)具有很好的防水性,抗異物粘附、沾污性能,抗堿、耐沖刷性。(3)具有除臭、殺菌、防塵以及隔熱保溫性能。(4)納米涂料的色澤鮮艷柔和,手感柔和,漆膜平整,改善建筑的外觀等。
2 納米水泥的應用
普通水泥混凝土因其剛性較大而柔性較小,同時其自身也存在一些固有的缺陷,使其在使用過程中不可避免地產生開裂并破壞。為了解決這一問題就必須加速對具有特殊性能混凝土的研發,而納米混凝土就能有效的解決這樣問題,納米混凝土,與普通混凝土相比,納米混凝土的強度、硬度、抗老化性、耐久性等性能均有顯著提高,同時還具有防水、吸聲、吸收電磁波等性能,因而可用于一些特殊的建筑設施中(如國防設施)。通常在普通混凝土中加入納米礦粉(納米級SiO2、納米級CaCO3)或者納米金屬粉末已達到納米混凝土的性能,而且通過改變納米材料的摻量還能配置出防水砂漿等。目前開發研制的納米水泥材料包括納米防水復合水泥,納米敏感水泥、納米環保復合水泥以及納米隱身復合水泥。
納米防水水泥是通過在水泥中添加XPM水泥外加劑的納米材料而制成的,該納米外加劑摻入水泥后,可以加快水泥誘導期和加速期的水化反應,改善水泥凝固的三維結構,同時提高水泥石的密實度,增強了防水性能。
納米敏感水泥是在水泥中加入對周圍環境變化十分敏感的納米材料,從而達到改善水泥制品溫敏、濕敏、氣敏、力敏等性能。根據添加的敏感材料的不同可將納米敏感水泥用于化工廠的建設、高速路面的鋪設等。
納米環保復合水泥是利用納米材料的光催化功能,從而使水泥制品具有殺菌、除臭以及表面自清潔等功能。通常是選用TiO2作為納米添加劑。
納米隱身復合材料是通過使用具有吸收電磁波功能的納米材料(納米金屬粉居多),在電磁波照射時,納米材料的表面效應使得原子與電子運動加劇,促使電子能轉化為熱能,加強對電磁波的吸收,從何使材料能夠在很寬的頻帶范圍內避開雷達、紅外光的偵查,這一材料常用于軍事國防建筑等。
3 納米玻璃的應用
普通玻璃在使用過程中會吸附空氣中的有機物,形成難以清洗的有機污垢,同時,水在玻璃上易形成水霧,影響可見度和反光度。而通過在平板玻璃的兩面鍍制一層TiO2納米薄膜形成的納米玻璃,則能有效的解決上述缺陷,同時TiO2光催化劑在陽光作用下,可以分解甲醛、氨氣等有害氣體。此外納米玻璃具有非常好的透光性以及機構強度。將這種玻璃用作屏幕玻璃、大廈玻璃、住宅玻璃等可免去麻煩的人工清洗過程。
4 納米技術在陶瓷材料中的應用
陶瓷因其具有較好的耐高溫以及抗腐蝕性以及良好的外觀性能而在工程界得到了廣泛的應用(如鋪貼墻面的瓷磚),但是陶瓷易發生脆性破壞,因而在使用過程中也受到了一定的限制。使用納米材料開發研制的納米陶瓷則具有良好的塑性性能,能夠吸收一定量的外來能量。在陶瓷基中加入納米級的金屬碳化物纖維可以大大提高陶瓷的強度,同時具有良好的抗燒蝕性,火箭噴氣口的耐高溫材料就選用納米金屬陶瓷作為耐高溫材料。用納米SiC、Si3N、ZnO、SiO2、TiO2、A12O3等制成的陶瓷材料具有高硬度、高韌性、高強度、耐磨性、低溫超塑性、抗冷熱疲勞等性能優點。納米陶瓷將作為防腐、耐熱、耐磨的新材料在更大的范圍內改變材料的力學性質,具有非常廣闊的應用前景。
5 納米技術在防護材料中的應用
通常是在膠料中加入炭黑等以提高材料的防水性能,但這種材料的耐腐蝕性以及耐侯性較差,易老化,研制具有高強、耐腐蝕、抗老化性能的防水材料也是工程界一直在積極研究的問題,納米防水材料能夠很好滿足上述要求,北京建筑科學研究院就成功的研制了具有較好耐老化性能的納米防水卷材,該類防水卷材具有很好的強度、韌性、抗老化性以及光穩定性、熱穩定性等。納米防水卷材具有叫廣泛的應用前景,如建筑頂面、地下室、衛生間、水利堤壩以及防潛工程等。
6 納米保溫材料
隨著我國推行節能減排的方針,工程界也越來越注重建筑的保溫節能性能,我國目前使用的比較多的仍是聚氨酯、石棉等傳統隔熱保溫材料,這些材料在使用過程中容易產生一些對人體有害的物質,如石棉與纖維制品含有致癌物質,聚氨酯泡沫燃燒后釋放有毒氣體,而通過使用納米材料開發研制的保溫材料則能避免這些弊端,如以無機硅酸鹽為基料,經高溫高壓納米功能材料改性而成的保溫材料不僅具有很好的保溫效果,同時對人體也無損害,是一種綠色環保保溫材料。
7 納米技術在其粘合劑以及密封材料和劑方面的應用
對于一些在深海中作業的結構以及其他特殊環境下工作的構件,它們對結構的密封性的要求非常高,已超過了普通粘合劑和密封劑所能滿足的范圍。國外通過在普通粘合劑和密封膠中添加納米SiO2等添加劑,使粘合劑的粘結效果和密封膠的密封性能都大大提高。其工作機理是在納米SiO2的表面包覆一層有機材料,使之具有永久性,將它添加到密封膠中很快形成一種硅石結構,即納米SiO2形成網絡結構的膠體流動,提高粘接效果,由于顆粒尺寸小,更增加了膠的密封性。大型建材機械等主機工作時的噪聲達到上百分貝,用納米材料制成的劑,既能在物體表面形成半永久性的固態膜,產生根好的作用,大大降低噪聲,又能延長裝備使用壽命,具有非常好的應用前景。
納米陶瓷范文6
專利號：200620065647.3
生產陶瓷用的布料系統裝置
本實用新型公開了生產陶瓷用的布料系統裝置，包括固定機架，固定機架上設有移動架，移動架由安裝在固定機架上的傳動機構來帶動，移動架上設有輸送帶，輸送帶由安裝在移動架上的傳動機構來帶動。首先在輸送帶平面上布上構成花紋圖案的物料，然后啟動固定機架上的傳動機構來迫使移動架往前走，當輸送帶的前端運動到模具或坯體的上方時，固定機架上的傳動機構迫使移動架往后走，同時移動架上的傳動機構驅使輸送帶以移動架同樣的速率往前轉動，這樣，輸送帶上的構成花紋圖案的物料就會均勻、準確地落到模具或坯體的上方。
專利號：200620154787.8
陶瓷材料反光裝置
本實用新型涉及照明裝置技術領域，具體地說是一種陶瓷材料反光裝置，包括杯或罩，以及燈泡安裝孔，其特征在于裝置采用多晶多相陶瓷材料燒結制成，杯罩的內表面上一層透明的白釉，在其表面上形成光滑反射面和反射界面。本實用新型同現有技術相比，能得到在一定角度內光通量更大、含紫外光線更少、光線更均勻柔和的優質光照。上釉的燒結陶瓷材料其成分可以是普通硅酸鹽陶瓷，也可是致密氧化物陶瓷，這種材料對可見光具有鏡面反射和漫反射作用，對紫外線有很好的吸收。上釉后，透明的釉層及界面對可見光也有鏡面反射、散射、透射及增反射作用，燒成釉層時采用快速冷卻或添加二氧化鈦，可增大釉面的鏡面反射率。
專利號：200620044421.5
數控陶瓷器具切削機床
本實用新型涉及一種用于半瓷化陶瓷進行切削加工的數控陶瓷器具切削機床。包括底座、主軸箱、數控滑臺、刀架、刀具、尾座及其電氣控制系統；主軸箱的主軸上或主軸與尾座上裝有陶瓷器具定位夾緊裝置；所述陶瓷器具定位夾緊裝置由帶定位的夾具體、連接在夾具體上的壓緊螺母，以及安裝在夾具體內的彈性墊組成；或由安裝在主軸上的定位軸、安裝在尾座上裝有彈性墊塊的夾緊裝置組成；或由安裝在主軸上的夾具體、安裝在夾具體上的真空吸盤，以及將真空吸盤與真空系統相連的連接件組成。本實用新型適用于傳統的陶瓷工業進行數控化改造，使陶瓷器具與工業陶瓷形狀更精確，可以加工優美的花紋和花邊，達到高檔產品的要求。
專利號：200620141353.4
一種建筑陶瓷
本實用新型涉及一種建筑陶瓷，其基體的表面依次附著有彩色涂料層和金屬層。另外，在陶瓷基體表面和彩色涂料層之間，還具有一層結晶體。由于在陶瓷基體的表面增加了彩色涂料層和金屬層，使得建筑陶瓷的外觀具有彩色的金屬光澤，美觀、富麗，大大增加了其作為裝飾材料的效果。
專利號：200620154177.8
內襯聚合納米陶瓷的鋼管
