几种纳米复合陶瓷材料的应用

来源：广州宏武材料科技有限公司发布时间：2017-10-30浏览量：次

大多数陶瓷是由离子键或共价键组成，与金属材料相比，它的特性是质轻、熔点高、硬度高、弹性模量高、耐磨、耐腐蚀和抗氧化等。许多精细陶瓷，如AL2O3,ZRO2，SI3N4，SIC, TIC,TIB2等都是优异的耐高温结构材料。然而，特种陶瓷与传统陶瓷一样，其变形能力差，韧性低，不容易加工成型。利用纳米技术，可以改善陶瓷材料的韧性，并使其达到工程应用水平。

一方面，纳米陶瓷晶粒极细，晶界数量大幅度的增加，可以提高陶瓷的强度，韧性和超塑性。另一方面，纳米粉末有大的比表面积，表面能剧增，烧结活化能降低，因此烧结致密化速度加快，烧结温度降低不仅具有上佳的力学性能，而且还有利于减少生产能耗，降低成本。例如，纳米AL2O3的烧结温度比微米级AL2O3降低了300-400摄氏度；纳米SIC陶瓷的断裂韧性比普通SIC提高100倍。特别重要的是，有意识的在汽缸壁里掺入对汽车尾气有催化性能的纳米催化剂，可使燃烧的有害气体在气缸中就被转化成无害气体。

在陶瓷基体中引进纳米级分散相粒子，使陶瓷材料的强度，韧性及高温性能得到大大改善是近年来纳米陶瓷的一个重要方向。纳米陶瓷一般分为3类：1.晶内型，即晶内纳米复合型；2.晶间型，即晶粒间纳米复合型；3.晶内/晶间纳米复合型。科学研究机构对几种纳米复合陶瓷的力学性能研究，发现纳米复合技术使陶瓷材料的强度和韧性提供2-5倍，工作温度提高25-133%。下表列举了部分纳米复合陶瓷的力学性能。

纳米复合陶瓷	断裂强度 /MPa.m1/2	断裂强度 MPa	最高工作温度 /℃
SIC(NM)AL2O3	3.5-4.8	3.5-1500	800-1200
SI3N4(NM)/AL2O3	3.5-4.7	35-85	800-1300
SIC(NM)/SI3N4	3.5-4.8	850-1550	1200-1500

在氧化物陶瓷加入适量的纳米颗粒后，强度和耐高温性能明显提高，这表明纳米级陶瓷复合材料的力学性能，特别是高温下硬度，强度得以较大的提供。另外，纳米陶瓷具有在较低温度下烧结就能达到致密化的优越性，而且纳米陶瓷解决了陶瓷的强化和增韧等问题。

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