納米陶瓷復(fù)合材料

1、納米陶瓷復(fù)合材料納米陶瓷復(fù)合材料專業(yè)：輕化工程姓名：張路摘要摘要介紹近年來國內(nèi)對(duì)納米陶瓷復(fù)合材料的研究，與傳統(tǒng)陶瓷材料相比有哪些本質(zhì)的變化，本文主要介紹納米陶瓷復(fù)合材料的制備方法；應(yīng)用性能；以及在未來復(fù)合材料當(dāng)中的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：納米材料、納米陶瓷、傳統(tǒng)陶瓷材料、制備方法、性能、應(yīng)用、微觀結(jié)構(gòu)、發(fā)展前景等。引言：引言：陶瓷是人類最早使用的材料之一在人類發(fā)展史上起著重要的作用。但是，由于傳統(tǒng)的陶瓷材料具有耐高溫、耐磨順、耐腐蝕及

2、重量輕等許多優(yōu)良的性能，同時(shí)它有一個(gè)致命的弱點(diǎn)就是脆性大，韌性和強(qiáng)度較差、可靠性低，使陶瓷材料的應(yīng)用領(lǐng)域受到較大限制。隨著科技的不斷的發(fā)展，研究人員也探索出了許多改善傳統(tǒng)陶瓷材料性能的途徑，其中有往陶瓷材料中添加另一種物質(zhì)，使其均勻的分散在陶瓷基體中來改善、提高其各種性能。在許多改善性能的途徑中最好的就是讓其具有納米級(jí)別的顆粒分散在陶瓷基體中，這就是由于納米技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生了納米陶瓷復(fù)合材料。納米陶瓷，是指顯微結(jié)構(gòu)中的物相具有納米級(jí)尺度

3、的陶瓷材料，也就是說晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在納米量級(jí)的水平上。自Gleiter利用氣體冷凝法制備表面純潔的超細(xì)微粒并利用原位加壓法壓制成型制成納米塊體納米材料首次提出納米材料的概念。世界各國先后對(duì)這種新材料給予了極大的關(guān)注。1986年日本的Nih。等圖首次在基體中引人納米級(jí)的SIC制備出納米陶瓷復(fù)合材料發(fā)現(xiàn)不僅可使基體材料的室溫力學(xué)性能(如常溫硬度、強(qiáng)度和斷裂韌性等)得到提高而且可顯著改善材料的高溫性能(如高溫硬

4、度、強(qiáng)度、蠕變拉力、耐熱沖擊性能等)同時(shí)發(fā)現(xiàn)具有可切削加工性和超塑性。它是指通過有效的分散、復(fù)合使異質(zhì)相納米顆粒均勻、彌散地保留于陶瓷基質(zhì)結(jié)構(gòu)中而得到的復(fù)合材料，當(dāng)其具有某種特殊功能時(shí)便稱之為納米功能陶瓷?，F(xiàn)今，通過對(duì)納米尺度的復(fù)雜多元氧化物體系的物理、化學(xué)及結(jié)構(gòu)、組成、性能和使用效能等相互關(guān)系的研究，并借助于離子置換、摻雜等方法調(diào)節(jié)優(yōu)化其功能，已經(jīng)出現(xiàn)了許多具有優(yōu)異性能或特殊性能的納米陶瓷。通過往陶瓷中加入或生成納米級(jí)顆粒、晶須、晶片

5、纖維等，使晶粒、晶界以及他們之間的結(jié)合都達(dá)到納米水平，使材料的強(qiáng)度、韌性和超塑性大幅度提高。目前，雖然納米陶瓷還有許多關(guān)鍵技術(shù)需要解決，但其優(yōu)良的保溫和高溫力學(xué)性能，使其在切削刀具、軸承、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)部件等許多方面都有廣泛的應(yīng)用，并在許多超高溫、強(qiáng)腐蝕等苛刻環(huán)境下起著其他材料不可替具有較高的化學(xué)活性極易團(tuán)聚形成帶有若干弱連接界面的尺寸較大的團(tuán)聚體。在致密化過程中會(huì)導(dǎo)致納米顆粒異常長大失去納米彌散相的獨(dú)特作用。因此克服納米顆粒的團(tuán)聚使其充分

6、分散并與基質(zhì)顆粒均勻混合是獲得高性能納米復(fù)合材料的前提。機(jī)械混合法機(jī)械混合法是最早出現(xiàn)的一種納米陶瓷復(fù)合材料制備技術(shù)制備方法是將納米粉末和基質(zhì)粉末混合球磨后燒結(jié)成型其優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單但由于球磨本身不能完全破壞納米顆粒之間的團(tuán)聚不能保證納米相和基質(zhì)相的均勻分散同時(shí)由于球磨介質(zhì)的磨損會(huì)帶入一些雜質(zhì)給納米復(fù)合材料性能帶來不利影響。為此在機(jī)械混合的基礎(chǔ)上使用大功率超聲振蕩以破壞團(tuán)聚并使用適量分散劑提高分散均勻性。球磨介質(zhì)采用與基質(zhì)相同的材料可減少

7、因球磨帶來的雜質(zhì)如制備納米SiC粉末增強(qiáng)Si3N4基陶瓷復(fù)合材料采用Si3N4磨球。復(fù)合粉末法復(fù)合粉末法是目前最常用的一種方法制備過程是先經(jīng)化學(xué)、物理過程制備含有基質(zhì)和彌散相均勻分散的混合粉末然后燒結(jié)成型得到納米陶瓷復(fù)合材料。該法多用于制備Si3N4SiC納米陶瓷復(fù)合材料其技術(shù)關(guān)鍵在于復(fù)合粉末的制備。原位生成法是將基體粉末分散于可生成納米顆粒的先驅(qū)體溶液中經(jīng)干燥、預(yù)成型、熱處理生成含納米顆粒的復(fù)合粉末最后熱壓成型。該法特點(diǎn)是可保證兩相均

8、勻分散且熱處理過程中生成的納米顆粒不發(fā)生團(tuán)聚。通過熱解有機(jī)先驅(qū)體聚六甲基環(huán)四烷得到含SiC和Si3N4的復(fù)合粉末經(jīng)燒結(jié)成型可制得Si3N4SiC納米陶瓷復(fù)合材料。溶膠凝膠法溶膠凝膠法也稱為液相分散包裹法該法分四個(gè)步驟:第一先把基體粉末和溶劑配成溶液然后加入納米粉末采用超聲波、分散劑及調(diào)節(jié)溶液pH值等方法實(shí)現(xiàn)均勻分散、破壞原有的團(tuán)聚結(jié)構(gòu)第二通過調(diào)節(jié)工藝參數(shù)在不發(fā)生析晶、團(tuán)聚、沉降的情況下使體系凝膠聚合第三經(jīng)熱處理制得復(fù)合粉末第四復(fù)合粉末燒