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納米陶瓷范文第1篇

關(guān)鍵詞:納米陶瓷;特性;燒結(jié)方法;燒結(jié)機理;納米復相陶瓷

1 前言

陶瓷材料作為材料業(yè)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。陶瓷又可分為結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷,結(jié)構(gòu)陶瓷具有耐高溫、耐磨損、耐腐蝕以及質(zhì)量輕、導熱性能好等優(yōu)點;功能陶瓷在力學、電學、熱學、磁光學和其它方面具有一些特殊的功能,使陶瓷在各個方面得到了廣泛應(yīng)用。但陶瓷存在脆性(裂紋)、均勻性差、韌性和強度較差等缺陷,因而使其應(yīng)用受到了一定的限制。

隨著納米技術(shù)的廣泛應(yīng)用,納米陶瓷隨之產(chǎn)生。利用納米技術(shù)開發(fā)的納米陶瓷材料是利用納米粉體對現(xiàn)有陶瓷進行改性,通過在陶瓷中加入或生成納米級顆粒、晶須、晶片纖維等,使晶粒、晶界以及他們之間的結(jié)合都達到納米水平,使材料的強度、韌性和超塑性大幅度提高,克服了工程陶瓷的許多不足,并對材料的力學、電學、熱學、磁光學等性能產(chǎn)生重要影響,為陶瓷的應(yīng)用開拓了新領(lǐng)域。

2 納米陶瓷的特性

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,也就是說陶瓷的晶粒尺寸、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。由于納米陶瓷的界面占有可與顆粒相比擬的體積百分比、表面活性高、小尺寸效應(yīng)以及界面的無序性使它具有不同于傳統(tǒng)陶瓷的獨特性能.

2.1納米陶瓷的超塑性

所謂超塑性是指在拉伸試驗中,在一定的應(yīng)變速率下,材料產(chǎn)生較大的拉伸形變。一般陶瓷中,并不具備金屬那樣的晶格滑移系統(tǒng),因此,陶瓷材料在通常情況下呈脆性,很難具備超塑性。因為納米材料具有較大的界面和表面眾多的不飽和化學鍵,界面的原子排列是相當混亂的,原子在外力變形的條件下很容易遷移,因此表現(xiàn)出甚佳的韌性與延展性。同時在納米陶瓷材料中,晶界相所占的體積分數(shù)很大[1]。例如,Nieh 等人在3Y- TZP (3mol%氧化釔的四方多晶氧化鋯陶瓷)的陶瓷材料中觀察到超塑性達800%。國內(nèi)的上海硅酸鹽研究所研究也發(fā)現(xiàn),納米3Y- TZP經(jīng)室溫循環(huán)拉伸試驗后,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%,并在斷口側(cè)面觀察到了大量的滑移線[2]。納米TiO2陶瓷在室溫下就可發(fā)生塑性形變,在180℃下塑性形變可達100%[3]。納米陶瓷材料的超塑性潛力,給陶瓷材料在低溫度、高應(yīng)變速率下進行塑性成行加工帶來了希望。

2.2納米陶瓷的鐵電性能

陶瓷的鐵電性能與它的晶粒尺寸有很大的關(guān)系。一般認為,隨著晶粒尺寸的變小,鐵電材料的鐵電性能降低,而且存在一個臨界尺寸,當材料的晶粒大小低于這個尺寸時,鐵電材料的鐵電性消失。各種鐵電材料的臨界尺寸一直是人們研究的熱點,在所有的鐵電材料中,鈦酸鋇陶瓷的臨界尺寸是研究最多的。研究表明: 當晶粒尺寸小于1?m時,隨著陶瓷晶粒的變小,鈦酸鋇陶瓷的介電常數(shù)減少[4]。但當晶粒尺寸在納米范圍內(nèi)時,這個規(guī)律發(fā)生了變化,當晶粒尺寸為50nm時,鈦酸鋇陶瓷的介電常數(shù)約為780[5];當晶粒尺寸為30nm時,鈦酸鋇陶瓷的介電常數(shù)約為1600[6],但當晶粒尺寸為8nm,它的介電常數(shù)增大到1800[7]。

2.3納米陶瓷的增韌

由于納米陶瓷的晶粒尺寸極小,納米材料具有很大的比表面積,表面的原子排列混亂,納米晶粒易在其它晶粒上運動,使納米陶瓷在受力時易于變形而不呈現(xiàn)脆性。室溫下,納米TiO2 陶瓷表現(xiàn)出很高的韌性,壓縮至原長度的1/4仍不破碎。另外,在微米級的陶瓷中引入納米相,可以抑制基體晶粒長大,使組織結(jié)構(gòu)均化,有利于改善陶瓷材料的力學性能。再如在陶瓷制品中添加適量的納米SiO2,不但大大降低了陶瓷制品的脆性,而且使其韌性一躍幾倍至幾十倍,光潔度明顯提高。張宏泉研究結(jié)果表明:納米SiO2的存在使AlN陶瓷在氧化過程中形成Mnllite保護層,故AlN陶瓷具有良好的力學性能及高溫抗氧化性能[8]。

3 納米陶瓷的燒結(jié)

對于納米陶瓷來說,它與其它陶瓷燒結(jié)的不同之處在于,普通陶瓷的燒結(jié)一般不必過多考慮晶粒的生長,而在納米陶瓷的燒結(jié)過程中必須采取一切措施控制晶粒長大。由于納米陶瓷粉體具有巨大的比表面積,使作為粉體燒結(jié)驅(qū)動力的表面能劇增,擴散增大,擴散路徑變短,所以納米粉體燒結(jié)與常規(guī)粉體的燒結(jié)相比,其燒結(jié)活化能低、燒結(jié)速率快、燒結(jié)開始溫度降低。

在納米陶瓷粉體的燒結(jié)中,由于擴散速率加快,外加應(yīng)力和剩余應(yīng)力共同作用,使小晶粒通過晶界滑移,以一種更致密有效的方式排列[9]。陶瓷粉體的納米燒結(jié)致密化中,粒子之間頸的形成并不是隨意的,而是在粒子表面通過相互平行的,結(jié)晶排列的小刻面之間的有序配合形成的[10]。因此要獲得納米陶瓷,必須控制其晶粒長大。本節(jié)主要介紹應(yīng)用廣泛并且比較流行的納米陶瓷的一些特殊的燒結(jié)方法并對其燒結(jié)機理進行解釋。

3.1兩步燒結(jié)法

一般的無壓燒結(jié)是采用等速燒結(jié)進行的,即控制一定的升溫速度,到達預定溫度后保溫一定時間獲得燒結(jié)體。在無壓燒結(jié)中,由于溫度是唯一可以控制的因素,因此如何選擇最佳的燒結(jié)溫度,從而在控制晶粒長大的前提下實現(xiàn)坯體的致密化,是納米陶瓷制備中最需要研究的問題。兩步燒結(jié)法的目的是要避開燒結(jié)后期的晶粒生長過程,其基本做法是:首先,將燒結(jié)溫度升至較高的溫度,使坯體的相對密度達到70%左右;然后,將燒結(jié)溫度降到較低的溫度下保溫較長的時間使燒結(jié)繼續(xù)進行而實現(xiàn)完全的致密化,這一階段晶粒沒有明顯生長。從燒結(jié)理論上看,兩步燒結(jié)法是通過巧妙的控制溫度的變化,在抑制晶界遷移(這將導致晶粒長大)的同時,保持晶界擴散(這是坯體致密化的動力)處于活躍狀態(tài),來實現(xiàn)在晶粒不長大的前提下完成燒結(jié)的目的。運用兩步燒結(jié)法,得到了密度高達99%以上,晶粒尺寸為60nm的Y2O3陶瓷和晶粒尺寸僅為8nm完全致密的BaTiO3陶瓷(清華大學制備) [7,11]。

3.2放電等離子燒結(jié)(SPS)

SPS(Spark Plasma Sintering)最早出現(xiàn)在20世紀60年代,如今的SPS是在PAS(Plasma Activated Sintering)的基礎(chǔ)上設(shè)計出來的。SPS除了象傳統(tǒng)的熱壓燒結(jié)通過電產(chǎn)生的焦耳熱和加壓造成的塑性變形這兩個因素來促使燒結(jié)過程的進行外,還在壓實顆粒樣品上施加了由特殊電源產(chǎn)生的直流脈沖電壓,并有效地利用了粉體間放電所產(chǎn)生的自發(fā)熱作用。外加脈沖電流使晶粒表面大大活化,激活能與無壓力燒結(jié)相比大幅度下降,同時能實現(xiàn)試樣整體快速加熱至燒結(jié)溫度并借助壓力驅(qū)動,使致密化加速而不使晶粒迅速長大。SPS系統(tǒng)可用于短時間、低溫、高壓(500~1000MPa)燒結(jié),也可以用于低壓(20~30MPa)、高溫(1000~2000℃)燒結(jié),因此可廣泛地用于金屬、陶瓷和各種復合材料的燒結(jié),包括一些難以燒結(jié)的材料。用SPS方法,人們成功燒結(jié)得到了晶粒尺寸為的30nm的致密BaTiO3陶瓷[6]。

3.3微波燒結(jié)

微波燒結(jié)是利用微波電磁場中陶瓷材料的介質(zhì)損耗使材料整體加熱至燒結(jié)溫度而實現(xiàn)燒結(jié)和致密化。微波燒結(jié)的原理與常規(guī)燒結(jié)工藝有本質(zhì)的區(qū)別:常規(guī)燒結(jié)時熱量是通過介質(zhì)由表向里擴散,而微波燒結(jié)則利用了微波的體加熱特性,即材料吸收的微波能被轉(zhuǎn)化為材料內(nèi)部分子的動能和勢能,使材料整體同時均勻加熱,因此其加熱和燒結(jié)速度非常快;由于材料內(nèi)外同時均勻受熱,使試樣內(nèi)部的溫度梯度很小,從而可使材料內(nèi)部熱應(yīng)力減至最小,這對于制備超細晶粒結(jié)構(gòu)的高密度、高強度、高韌性材料非常有利。此外,在微波電磁能的作用下,材料內(nèi)部分子(或離子)的動能增加,使燒結(jié)活化能降低、擴散系數(shù)提高,因此可實現(xiàn)低溫快速燒結(jié),使微粉晶粒來不及長大就已完成燒結(jié),從而制備出保持微細晶粒的燒結(jié)體。另外,微波輻射加熱主要通過材料中的電偶極子來實現(xiàn),材料中這種偶極子的主要位置就是晶界12]。

3.4 超高壓燒結(jié)

超高壓燒結(jié)指在大于1GPa的壓力下進行燒結(jié)。其特點是,不僅能夠使材料迅速達到高密度,晶粒尺寸可以達到納米范圍內(nèi),而且使晶體結(jié)構(gòu)甚至原子、電子狀態(tài)發(fā)生變化,從而賦予材料在通常燒結(jié)或熱壓燒結(jié)工藝下所達不到的性能,而且可以合成新的材料[13-18]。

對納米材料來講,高壓燒結(jié)過程中的燒結(jié)動力主要有兩個方面:

(1) 沒有施加外力時的燒結(jié)動力,由晶粒曲率的變化而引起;

(2) 外力作用下的燒結(jié)動力。在高壓燒結(jié)時,施加壓力可促進燒結(jié)致密化,并降低燒結(jié)溫度,可根據(jù)默瑞的熱壓致密化方程(塑性流動理論)[19]來解釋。

4 納米復相陶瓷

納米復相陶瓷是指通過有效的分散、復合而使異質(zhì)相(第二相)納米粒子均勻彌散地分布在陶瓷基體中而得到的復合材料。Newnham[20] 將納米復相陶瓷按聯(lián)綴模式作了如下分類:0-0、0-1、0- 2、0-3、1-1、2-1、2-2、2-3、1-3、3-3(數(shù)字代表維數(shù),前一數(shù)字表示第二相,后一數(shù)字表示基體相)。Niihara[21] 將納米復相陶瓷按微觀結(jié)構(gòu)分為4類:晶間型-A、晶內(nèi)型-B、混合型-C、納米/納米復合型- D。在前3類中,基體相可以是非納米相,納米尺寸的二次相顆粒分布在基質(zhì)材料的晶粒之中或晶粒之間,二者直接鍵合甚至形成共格結(jié)構(gòu),因此,不僅可以提高陶瓷材料的力學性能,還可以提高陶瓷材料的高溫性能;納米/納米復合材料中兩相都由納米級尺寸晶粒組成,這種微觀結(jié)構(gòu)使納米復相陶瓷具有納米材料的特性。

人們研究納米復相陶瓷的主要目的是充分發(fā)揮陶瓷的高硬度、耐高溫、耐腐蝕性并改善其脆性, 應(yīng)用于高溫燃氣輪機、航天航空部件等。人們對納米復相陶瓷的研究也主要集中在它的制備和特性上。常用的燒結(jié)納米陶瓷的方法都可以來燒結(jié)納米復相陶瓷方法。在陶瓷基體中引入納米分散相并進行復合,所制得的納米陶瓷復合材料的綜合力學性能更是得到大幅度提高。上世紀90年代末,日本Niihara首次報道了以納米尺寸的碳化硅顆粒為第二相的納米復相陶瓷,如Al2O3/SiC(體積分數(shù)為5%) 晶內(nèi)型納米復合陶瓷的室溫強度達到了單組分Al2O3 陶瓷的3~4倍,在1100℃強度達1500MPa[22,23]。Tatsuki 等人對制得的Al2O3/SiC納米復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納米復相陶瓷的蠕變能力[24]。納米復相陶瓷性能提高的原因是納米顆粒超細微粉分布在材料在內(nèi)部晶粒內(nèi),增強了晶界強度,提高了材料的力學性能,易碎的陶瓷可以變成富有韌性的特殊材料。

5 展望

隨著移動通訊和衛(wèi)星通訊的發(fā)展,尤其是近些年來,功能陶瓷的一個重要的發(fā)展趨勢就是器件重量不斷減輕、尺寸不斷縮小。小型化、集成化、片式化、多層化、多功能化漸漸成為發(fā)展的/微型化的技術(shù)基礎(chǔ)。功能陶瓷納米化、納米陶瓷、納米器件是信息陶瓷進一步發(fā)展的必然趨勢,也正成為國際研究的一個新的熱點。正因為納米陶瓷具有優(yōu)良力學性能和某些特殊的功能,使納米陶瓷在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。

納米陶瓷的燒結(jié)與常規(guī)材料的燒結(jié)有很大的不同,要從根本上解決納米陶瓷的燒結(jié)問題,需要進行新的燒結(jié)理論的研究和大量的試驗。由于納米材料有很多新奇的特性,使納米陶瓷的燒結(jié)出現(xiàn)了很多新問題,經(jīng)典的陶瓷材料燒結(jié)前期、中期和后期的燒結(jié)理論已不再適用于納米陶瓷,如兩步法燒結(jié)的第二步需要很長的燒結(jié)時間,而放電等離子燒結(jié)、超高壓燒結(jié)和微波燒結(jié)等都只需要很短的時間,因此,有必要對納米陶瓷粉體的致密化過程加以重新認識,以建立新的納米陶瓷粉體燒結(jié)理論。另一方面,通過大量的試驗,運用不同的燒結(jié)方法來探索納米陶瓷的燒結(jié)行為,得到最優(yōu)的燒結(jié)方法。對于納米復相陶瓷來說,在組織與結(jié)構(gòu)上向更精細方向進行優(yōu)化和控制,在組成上向多相復合化的方向組合,在性能上向多功能方向耦合,由結(jié)構(gòu)復合向結(jié)構(gòu)功能一體化方向發(fā)展,使納米陶瓷材料不僅滿足力學性能的要求,同時還具有聲、光、電、磁、熱等某方面或多方面的性能。

目前納米陶瓷材料的研究尚屬起步,許多工藝問題有待解決,納米陶瓷許多新的性能需要挖掘。如做外墻用的建筑陶瓷材料則具有自清潔和防霧功能,而且隨著陶瓷尺寸達到納米范圍內(nèi)時,陶瓷的各種性能隨晶粒尺寸變化的規(guī)律即“尺寸效應(yīng)”還沒有被人們掌握,同時,對納米陶瓷新穎的性能的機理等許多方面也需要進一步研究。隨著科學技術(shù)的迅速發(fā)展和新工藝的運用,如何用更好的和普遍適用的燒結(jié)方法來燒結(jié)得到納米陶瓷和發(fā)現(xiàn)納米陶瓷新的性能將是以后人們研究的重點。

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納米陶瓷范文第2篇

關(guān)鍵詞：氧化鋁陶瓷；硬度；抗彎強度；彈性模量

1 前言

氧化鋁陶瓷，又稱剛玉瓷，是一種以a-Al2O3為主晶相的結(jié)構(gòu)陶瓷材料，由于其本身具有高熔點、高硬度、耐熱、耐腐蝕、電絕緣性好等特性，因此，可以在較苛刻的條件下使用。氧化鋁陶瓷的價格低廉，是目前生產(chǎn)量最大，應(yīng)用面最廣的陶瓷材料之一，主要應(yīng)用于刀具、耐磨部件及生物陶瓷領(lǐng)域。此外，它還廣泛應(yīng)用于宇航、能源、航空航天、化學化工電子等方面[1]。近年來，由于對材料性能的要求高，人們提出各種提高氧化鋁陶瓷性能的方法，其中主要有：熱壓燒結(jié)[2-4]、放電等離子燒結(jié)[5]、微波燒結(jié)[6]和加入添加劑[7]等。結(jié)果表明：采取一些新的措施后，使得氧化鋁陶瓷在抗彎強度和硬度等方面的性能大大地提高。

本文以1μm 氧化鋁粉為基體材料，分別加入0%、0.5%、1%、5%、10%和20%的30nm的納米氧化鋁粉；采用常規(guī)方法燒結(jié)得到一系列的氧化鋁陶瓷；然后對氧化鋁陶瓷的硬度、抗彎強度和彈性模量等方面的性能進行了測試。

2 實驗內(nèi)容

2.1 實驗原料

本實驗用的1μmAl2O3粉是由鄭州融華公司生產(chǎn)，產(chǎn)品的基本參數(shù)為：外觀為白色粉末、晶粒的平均粒徑為1～1.5μm、晶體結(jié)構(gòu)為α相，純度≥99.8%，其他雜質(zhì)為Na2O、SiO2和Fe2O3。30nm的Al2O3是由杭州萬景新材料有限公司生產(chǎn)，產(chǎn)品的基本參數(shù)為：外觀為白色粉末、晶體結(jié)構(gòu)為α相，純度≥99.9%、晶粒的平均粒徑為30±5nm。

2.2 試驗過程

本實驗采用常規(guī)燒結(jié)方法來燒結(jié)氧化鋁陶瓷。其具體過程如下：首先，30nm的Al2O3粉成形前需用超聲波分散；然后，按照配方的要求準確稱取所需的量加入到1μm 的Al2O3粉中；其次，再將質(zhì)量分數(shù)為5%的PVA（聚乙烯醇）作為粘結(jié)劑加入到Al2O3粉中；最后，研磨均勻，在250 MPa的壓力下壓成尺寸約為3mm×4mm×36mm的坯體。樣品在常規(guī)燒結(jié)中，其燒成制度為：升溫速率為3℃/min，燒結(jié)溫度為1600℃，保溫時間為2h；達到保溫時間后隨爐冷卻，樣品經(jīng)過粗磨、細磨、拋光；然后采用萬能材料試驗機測試其三點抗彎強度，要求試件跨距為30mm、加載速度為0.5mm/min。試樣硬度由洛氏硬度計測得。

3 結(jié)果分析與討論

加入不同含量的30nm Al2O3粉的氧化鋁陶瓷的力學性能如圖1、2、3所示。

由圖1可知，隨著納米氧化鋁粉含量的增加，樣品的洛氏硬度（HRA）一直增加。當含量從0%增加到1%時，其洛氏硬度從82.2迅速增加到84.6。當添加量在5%～20%之間時，增加速度較慢，其最大值為86.4。由圖2可知，斷裂強度的變化曲線與硬度變化不同，隨著納米氧化鋁粉的加入，斷裂強度值的整體變化趨勢為先降低，后增加。當添加量為0 %時，其斷裂強度值為199.5MPa；隨著納米氧化鋁粉的加入量為0.5%時，其斷裂強度降低到190.1MPa；當納米氧化鋁粉的加入量為20%時，斷裂強度值增加到209.1 MPa。由圖3可知，當納米氧化鋁粉的加入量為0%時，其彈性模量為4337.7 MPa；當納米氧化鋁粉的加入量為0.5%時，彈性模量增加到11298.2 MPa；當納米氧化鋁粉的加入量為10%時，彈性模量達到最大，其值為64785.1 MPa。

從上面的分析可知，總體趨勢是隨著30nm的Al2O3的加入，氧化鋁陶瓷的硬度、抗彎強度和彈性模量都增加，但其影響的趨勢和程度不同。一般認為，加入納米材料后樣品力學性能的提高，其主要是因為納米材料占據(jù)基體空隙位置和細化晶界所導致的。

4 結(jié)論

在1μm 的Al2O3粉中添加不同含量的30nm的氧化鋁粉后，其氧化鋁陶瓷的性能發(fā)生了改變。

（1） 隨著納米氧化鋁粉含量的增加，樣品的洛氏硬度（HRA）一直增加。當添加含量為20%時，洛氏硬度達到最大，其值為86.4。

（2） 隨著納米氧化鋁粉含量的增加，斷裂強度值的整體變化趨勢為先降低，后增加。

（3） 隨著納米氧化鋁粉含量的增加，彈性模量呈增加趨勢，當添加量為10%時，其值達到最大，為64785.1 MPa。

（4） 加入納米材料后樣品力學性能在不同程度上得到了提高，其主要是因為納米材料占據(jù)了基體空隙位置和細化晶界所導致的。

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納米陶瓷范文第3篇

關(guān)鍵詞：納米；發(fā)動機油；行車試驗

中圖分類號：TE626.32 文獻標識碼：A

0 前言

以納米材料作為油的添加劑是近幾年納米材料應(yīng)用研究的熱點，但由此制成并工業(yè)化生產(chǎn)的納米油卻鮮有報道。青島康普頓石油化學有限公司早在2002便開始了納米材料在油領(lǐng)域的應(yīng)用研究。經(jīng)過幾年的潛心工作，于2005年推出了康普頓納米陶瓷機油。為進一步探討納米機油的作用機理和應(yīng)用功效，青島康普頓石油化學公司進行了一系列的實驗室模擬試驗、發(fā)動機臺架試驗和實際的行車試驗。作為行車試驗的一部分，試驗車輛的發(fā)動機均進行了拆檢。本文通過對發(fā)動機磨損部位的磨損情況和沉積物情況的分析，詳細評價了該機油的使用性能。

1 試驗內(nèi)容

1.1 試驗用油

本次試驗用油為青島康普頓石油化學有限公司生產(chǎn)的康普頓納米陶瓷機油SJ 5W/40，參比油為從市場上購買的某知名品牌的SL 5W/40機油，其理化指標見表1。

1.2 試驗用車

試驗選用青島市第二汽車運輸公司巴士分公司的7輛公交車進行試驗，其主要技術(shù)指標及運行狀況見表2。

1.3 試驗過程

首先放凈發(fā)動機油，對發(fā)動機進行拆驗，對活塞、油底殼等清洗，進行需要尺寸和重量的記錄，更換三濾、活塞環(huán)，裝入試驗油。每(2000±200) km采集油樣，為減少補加油量對試驗油的影響，按規(guī)定里程熱車取樣，并嚴格控制每次采油200 mL。取樣后應(yīng)補加相應(yīng)數(shù)量的新油，按照試驗要求對采集樣品及時做出分析。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 試驗車部位變形尺度分析

試驗過程中，對每輛試驗車發(fā)動機的主要部位做了精密測量，以求詳細考察油品的性能，計算結(jié)果見表3。

通過表3可知：試驗車與參比車的圓度變化為0.001 mm，0.005 mm；錐度變化為0.001 mm，0.004 mm；活塞裙部直徑變化為0.002 mm，0.003 mm；活塞開口變化量均為0.010 mm；連桿直徑均無變化。

2.2 發(fā)動機部位摩擦失重分析

試驗過程中，對發(fā)動機的進、排氣閥和連桿軸瓦清洗、干燥，稱量計算如表4。

通過表4可以看出，在摩擦部件的失重方面，使用康普頓納米陶瓷機油SJ 5W/40的車輛較使用SL 5W/40車輛排氣閥平均失重降低了37.2%；進氣閥平均失重降低了40.7%；連桿軸瓦平均失重降低了29.7%,這說明康普頓納米陶瓷機油具有優(yōu)異的抗磨損能力。

2.3 發(fā)動機沉積物分析

參照“進氣閥積炭CRC評分級別”對實驗車發(fā)動機的進氣閥積炭情況進行了評分，如表5。

參照SH/T 003標準對發(fā)動機活塞環(huán)的活動性進行評價，如表6。

通過表5、表6、表7可以得出：無論是參比油SL 5W/40還是康普頓納米機油SJ 5W/40都具有較好的清凈分散性，試驗車輛在實驗里程內(nèi)發(fā)動機清凈狀況都不錯。

3 結(jié)論

通過對實際行車試驗車輛的拆檢分析得：康普頓納米陶瓷機油SJ 5W/4和參比油SL 5W/40相比較在油品的抗氧化性能、清凈分散性能相差無幾的情況下，具有優(yōu)異的抗磨性能，可顯著減少機件的摩擦。

THE FIELD TEST OF COPTON NANO CERAMIC ENGINE OIL SJ 5W/40

WANG Qiang, ZHANG Hong-fu, XIAO Shu-mei, CHEN Jing, SUN Shu-ying, SHI Yan-hui, HU Bao-kun

（Qingdao Copton Petrochemical Co., Ltd., Qingdao 266100, China）

納米陶瓷范文第4篇

    論文摘要：本文從納米材料在催化方面、涂料方面、其它精細化工方面和醫(yī)藥方面的應(yīng)用等幾個方面探討了其在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用。

有人曾經(jīng)預測在21世紀納米技術(shù)將成為超過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和基因技術(shù)的“決定性技術(shù)”，由此納米材料將成為最有前途的材料。它所具有的獨特的物理和化學性質(zhì)，使人們意識到它的發(fā)展可能給物理、化學、材料、生物、醫(yī)藥等學科的研究帶來新的機遇。納米材料的應(yīng)用前景十分廣闊。近年來，它在化工生產(chǎn)領(lǐng)域也得到了一定的應(yīng)用，并顯示出它的獨特魅力。

一、納米材料在工程上的應(yīng)用

納米材料的小尺寸效應(yīng)使得通常在高溫下才能燒結(jié)的材料如 si c, bc等在納米尺度下在較低的溫度下即可燒結(jié) ,另一方面 ,納米材料作為燒結(jié)過程中的活性添加劑使用也可降低燒結(jié)溫度 ,縮短燒結(jié)時間。由于納米粒子的尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng) ,使得納米復相材料的熔點和相轉(zhuǎn)變溫度下降 ,在較低的溫度下即可得到燒結(jié)性能良好的復相材料。由納米顆粒構(gòu)成的納米陶瓷在低溫下出現(xiàn)良好的延展性。納米 ti o2 陶瓷在室溫下具有良好的韌性 ,在 1 80°c下經(jīng)受彎曲而不產(chǎn)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(fā)動機部件等方面具有廣泛的應(yīng)用 ,在許多超高溫、強腐蝕等許多苛刻的環(huán)境下起著其它材料無法取代的作用。隨著陶瓷多層結(jié)構(gòu)在微電子器件的包封、電容器、傳感器等方面的應(yīng)用 ,利用納米材料的優(yōu)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(fā)展成為跨世紀新材料 ,使陶瓷材料的研究出現(xiàn)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(yīng)用

納米材料由于其表面和結(jié)構(gòu)的特殊性，具有一般材料難以獲得的優(yōu)異性能，顯示出強大的生命力。表面涂層技術(shù)也是當今世界關(guān)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(tǒng)的涂層技術(shù)，添加納米材料，可獲得納米復合體系涂層，實現(xiàn)功能的飛躍，使得傳統(tǒng)涂層功能改性。涂層按其用途可分為結(jié)構(gòu)涂層和功能涂層。結(jié)構(gòu)涂層是指涂層提高基體的某些性質(zhì)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(tǒng)涂層沒有的功能。結(jié)構(gòu)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(xiàn)防紫外線照射、耐大氣侵害和抗降解、變色等，在衛(wèi)生用品上應(yīng)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(jié)約能源的目的。在建材產(chǎn)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(chǎn)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(yīng)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(guī)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(diào)性。納米材料的顏色不僅隨粒徑而變，還具有隨角變色效應(yīng)。在汽車的裝飾噴涂業(yè)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(chǎn)生豐富而神秘的色彩效果，從而使傳統(tǒng)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(yīng)用前景，將為涂層技術(shù)帶來一場新的技術(shù)革命，也將推動復合材料的研究開發(fā)與應(yīng)用。

三、納米材料在催化方面的應(yīng)用

催化劑在許多化學化工領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應(yīng)時間、提高反應(yīng)效率和反應(yīng)速度。大多數(shù)傳統(tǒng)的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經(jīng)驗進行，不僅造成生產(chǎn)原料的巨大浪費，使經(jīng)濟效益難以提高，而且對環(huán)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(yīng)效率，控制反應(yīng)速度，甚至使原來不能進行的反應(yīng)也能進行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應(yīng)速度提高10～15倍。

光催化反應(yīng)涉及到許多反應(yīng)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(yīng)，水凈化處理，水煤氣變換等，其中有些是多相催化難以實現(xiàn)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(wěn)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(zhì)，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(yīng)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(yīng)溫度從600℃降至室溫。用納米微粒作催化劑提高反應(yīng)效率、優(yōu)化反應(yīng)路徑、提高反應(yīng)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(yè)上的應(yīng)用帶來革命性的變革。

四、納米陶瓷材料增韌改性

納米陶瓷范文第5篇

[關(guān)鍵詞]納米SrTiO3；包覆；介電常數(shù)；介電損耗

中圖分類號：TS980.3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）16-0400-01

1.引言

由于納米SrTiO3具有極大比表面能和表面積，極易團聚，因此制約其納米材料的優(yōu)異性能，而且SrTiO3基陶瓷材料也存在著不足，如SrTiO3電容器在高溫高壓領(lǐng)域中晶界勢壘會減弱，導致漏電流增大[1]。為了克服這些缺點，科研工作這對SrTiO3基陶瓷進行改性。目前，其改性方法主要表面包覆改性[2，3]和摻雜[4]兩種。而傳統(tǒng)摻雜改性的方法是將摻雜后的SrTiO3粉體經(jīng)球磨、混合、成型和燒結(jié)而實現(xiàn)，但這種方法很難充分混合，化學計量難以控制。因此，本工作研究采用非均勻形核法在納米SrTiO3基陶瓷粉體表面包覆MgO，以改善其性能。

2.實驗過程

以CH3（CH2）11SO4Na作為分散劑，將通過溶膠-水熱法自制的納米SrTiO3制備成穩(wěn)定的懸浮液；然后加入MgCl2?6H2O作為包覆物，磁力攪拌30min，包覆物的量分別為：1mol%、3mol%、5mol%、10mol%；加入適量KOH溶液，經(jīng)洗滌、干燥、800℃煅燒后即可得包覆SrTiO3末樣品，再在1320℃下造粒燒結(jié)2h，最后制成MgO包覆SrTO3基復合陶瓷。

3.結(jié)果和討論

3.1 MgO包覆納米SrTiO3基復合陶瓷的XRD分析

將燒結(jié)好的陶瓷樣品，用日本理學Rigaku D/Max 2500V型的X射線粉末衍射儀對樣品進行測試。如圖1所示XRD圖譜分析的結(jié)果。隨著包覆量的增大，可以看到圖中做標記的地方出現(xiàn)雜峰，對皮PDF標準卡片可以知道，雜峰為MgO。說明在高溫燒結(jié)后樣品只存在SrTiO3和MgO兩個相。第二相MgO相在SrTiO3晶界析出，形成第二相MgO，最終形SrTiO3陶瓷基相的包覆相，符合我們的預期。

3.2 MgO包覆納米SrTiO3基復合陶瓷的介電性能分析

3.2.1介電常數(shù)ε的變化

由圖2中左圖的曲線可以看出，隨著MgO包覆量增加，SrTiO3基包覆陶瓷介電常數(shù)一直減小，其原因是：MgO的相對介電常數(shù)只有10左右，而室溫下純SrTiO3的介電常數(shù)為300，根據(jù)復合效應(yīng)，MgO包覆量的增加必然會導致SrTiO3基包覆型復合陶瓷介電常數(shù)的降低。同時，隨著氧空位的增加將會破壞Ti-O鏈的諧振動從而降低SrTiO3基包覆型復合陶瓷的自發(fā)極化能力使居里溫度下降[5]。從而造成室溫下SrTiO3基包覆型復合陶瓷介電常數(shù)下降。

3.2.2介電損耗tanδ的變化

從圖1右圖中的曲線可以看出，隨著包覆量的增加，介電損耗不斷減少。鐵電陶瓷材料的高頻損耗機理目前還不清楚，一般認為主要是結(jié)構(gòu)損耗占主導作用，這種損耗與材料結(jié)構(gòu)的緊密程度有關(guān)。曲遠方[6]曾指出凡是影響儲能陶瓷電解質(zhì)電導和極化的因素都會影響其介電損耗，因此復合陶瓷的化學成分、相結(jié)構(gòu)、芯-殼結(jié)構(gòu)等因素都會影響復合陶瓷的介電損耗。因此，室溫下復合陶瓷的介電損耗比較低。

4 結(jié)論

本實驗工作用MgO納米SrTiO3進行包覆后，SrTiO3基包覆型復合陶瓷介電性能明顯改善，介電常數(shù)減小，居里峰變寬。而且隨著包覆介質(zhì)MgO的不斷加入，其介電系數(shù)和借點損耗的不斷降低，所以在一點程度上包覆離子可以改善其電性能，但是當包覆的第二相越來越多時候，反而影響本基體的性能。

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