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纳米材料为何有如此优异的力学性能?

来源:广州宏武材料科技有限公司 纳米材料公司    发布时间:2017-12-21浏览量:

      当材料的晶粒尺度达到纳米量级时,材料的力学性能发生很大的变化,金属材料将变强变硬,而陶瓷材料变韧和具有超塑性的特征,这种变化主要是由材料的微观结构决定的。纳米材料的“优异力学性能”实质上是指其在纳米尺度上表现的力学性能,并不代表它们在宏观尺度还保持着同样优异的力学性能。下面我们将从以下四个维度分别说明:

1、超塑性
      材料在特定条件下可产生非常大的塑性变形而不断裂的特性被称为超塑性,特定条件下通常指的是在拉伸情况下或轧制条件下。
陶瓷材料在通常情况下呈现脆性,但是加入纳米粉体(比如纳米碳化硅晶须,纳米氧化铝,纳米氧化锆等)后,其强度和韧性显著提高。因为纳米材料具有较大的界面,界面的院子排列是相当混乱的,原子在外力变形的条件下很容易迁移,因此表现出甚佳的韧性与延展性。纳米氧化铝粉体添加到常规85瓷、95瓷中,强度和韧性均提高50%以上。

2、弹性模量
      弹性模量是反映材料内原子、离子键合强度的重要参量。由于纳米材料中存在大量的晶界,且原子间间距较大,因此,纳米晶的弹性模量要受晶粒大小的影响,晶粒越细,所受的影响越大,弹性模量的下降越大。纳米铁、纳米铜和纳米镍的弹性模量比普通的多晶材料都小。

3、纳米金属的强度
      实验数据显示,纳米钯、纳米铜的屈服强度和断裂强度均高于同成分的粗金属粉。

4、纳米金属的塑性

      在压应力状态下纳米金属能表现出很高的塑性和韧性。例如,纳米铜在压应力下的屈服强度比拉应力下的屈服强度高两倍,但仍然显示出很好的塑性。纳米钯和纳米铁也同样如此,其原因可能是在压应力作用下金属内部的缺陷得到修复,密度提高,或纳米金属在压应力状态下对内部的缺陷或表面状态不敏感所致。



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