納米陶瓷材料特性及應用

來源：《杭州萬景材料報》                  v信：gzjr88

納米陶瓷材料的特性

1．超塑性 

  陶瓷的超塑性是由擴散蠕變引起的晶格滑移所致。擴散蠕變率與擴散系數成正比，與晶粒尺寸的3次方成反比，普通陶瓷只有在很高的溫度下才表現出明顯的擴散蠕變。而納米二氧化鋯陶瓷的擴散系數提高了3個數量級．晶粒尺寸下降了3個數量級。因而其擴散蠕變率較高，在較低的溫度下。因其較高的擴散蠕變速率而對外界應力做出迅速反應．造成晶界方向的平移，表現出超塑性。使其韌性大為提高。 

2．擴散與燒結性能 

  由于納米陶瓷材料存在著大量的界面，這些界面為原子提供了短程擴散途徑，與單晶材料相比，納米陶瓷材料具有較高的擴散率。增強擴散能力的同時又使納米陶瓷材料的燒結溫度大為降低。添加10%的納米三氧化二鋁（VK-L30）或納米二氧化鋯（VK-R30Y3）可使普通陶瓷降低燒結溫度50-100 C。

3．力學性能 

  不少納米陶瓷材料的硬度和強度比普通陶瓷材料高出4～5倍。在陶瓷基體中引入納米分散相并進行復合，不僅可大幅度提高其斷裂強度和斷裂韌性，明顯改善其耐高溫性能，而且也能提高材料的硬度、彈性模量和抗熱震、抗高溫蠕變的性能。

  在氧化鋁陶瓷中添加納米α-Al2O3粉（VK-L30  30nm 純度99.99%）， 發現隨著納米α-Al2O3粉添加量的增加和成型壓力的提高，陶瓷的維氏硬度和斷裂韌性都有所提高。這是因為隨著納米α-Al2O3粉添加量的增加，微米顆粒形成的孔隙被填充減小，堆積密度提高，陶瓷燒結后的密度也得 到提高。此外，添加納米α-Al2O3 粉后，小尺寸晶粒增多，使裂紋擴展途徑彎折．增加了裂紋擴展長度．降低了裂紋擴展速率，有利于氧化鋁陶瓷韌性的提高。

納米陶瓷材料的應用 

1.防護材料 

  普通陶瓷在被用作防護材料時，由于其韌性差，受到彈丸撞擊后容易在撞擊區出現顯微破壞、垮晶、界面破壞、裂紋擴展等一系列破壞過程，從而降低了陶瓷材料的抗 彈性能。納米陶瓷耐沖擊的性能，增強陶瓷襯管的抗燒蝕性和抗沖擊性；延長使用壽命。

2.高溫材料 

  納米陶瓷高耐熱性、良好的高溫抗氧化性、低 密 度、高斷裂韌性、抗腐蝕性和耐磨性。

3.生物陶瓷的制造、臨床應用 

  隨著納米材料研究的深入，納米生物陶瓷材料的優勢將逐步顯現，其強度、韌性、硬度以及生物相容性都有顯著提高。例如當羥基磷灰石粉末中添加10％～70％ 的納米二氧化鋯（VK-R30Y3  30nm 純度99.99%）粉末時，材料經l300 ~1350 C熱壓燒結，其強度和韌性隨燒結溫度的提高而增加。納米二氧化鋯增強羥基磷灰石復合材料比純羥基磷灰石陶瓷的抗彎強度提高1.6倍、斷裂韌性提高2倍、抗壓強度提高1.4倍，與生物硬組織的性能相當。