纳米陶瓷的特性和烧结方法研究进展(6)

关于纳米陶瓷,简介,成形,特性,研究现状,应用前景,面临问题。

诱发穿晶断裂,并由于硬粒子对裂纹尖端的反射作用而产生韧化; 纳米粒子高温牵制位错运动。使高温力学性能如硬度、强度及抗蠕变性能得到改善。

20世纪90年代末,日本Niihara首次报道了以纳米尺寸的碳化硅颗粒为第二相的纳米复相陶瓷,如Al2O3/SiC(体积分数为5%)晶内型纳米复合陶瓷的室温强度达到了单组分Al2O3陶瓷的3~4倍,在1100 强度达1500MPa[30,31]。Tatsuki等人对制得的Al2O3/SiC纳米复相陶瓷进行拉伸蠕变实验,结果发现伴随

[32]晶界的滑移,Al2O3晶界处的纳米SiC粒子发生旋转并嵌入Al2O3晶粒之中,从而增强了晶界滑动的阻力,也即提高了Al2O3/SiC纳米复相陶瓷的蠕变能力。通过包覆适量的氧化锆可以提高ZrB2陶瓷的抗热震性

[33]能,加入20%ZrO2的ZrB2 ZrO2复相陶瓷抗热震性能最好,热震后抗弯强度下降最少。纳米复相陶瓷现已

成为提高陶瓷材料性能的一个重要途径。纳米复相陶瓷是当今高温结构陶瓷研究的热点之一。

5 展 望

近些年来,陶瓷纳米化、纳米陶瓷、纳米器件是陶瓷进一步发展的必然趋势,也正成为国际研究的一个新的热点。正因为纳米陶瓷具有优良力学性能和某些特殊的功能,使纳米陶瓷在多方面都有广泛的应用,并在许多超高温、强腐蚀等苛刻的环境下起着其他材料不可替代的作用,具有广阔的应用前景。但纳米陶瓷的许多性能还没有被人们认识,陶瓷的各种性能随晶粒尺寸变化的规律即 尺寸效应 还没有被人们掌握,同时对纳米陶瓷新颖性能的机理等许多方面也需要深入研究。此外纳米陶瓷的烧结与常规材料的烧结有很大的不同,要从根本上解决纳米陶瓷的烧结问题,需要探索新的烧结理论和进行大量的试验研究。经典陶瓷材料的烧结前期、中期和后期的烧结理论已不再适用于纳米陶瓷,因此,有必要对纳米陶瓷粉体的致密化过程加以重新认识,以建立新型烧结理论。另一方面,通过大量的试验,运用不同的烧结方法来探索纳米陶瓷的烧结行为,得到最优的烧结方法。对于纳米复相陶瓷来说,在组织与结构上向更精细方向进行优化和控制,在组成上向多相复合化的方向组合,在性能上向多功能方向耦合,由结构复合向结构功能一体化方向发展,使纳米陶瓷材料不仅满足力学性能的要求,同时还具有声、光、电、磁、热等某方面或多方面的性能。目前纳米陶瓷材料的研究尚属起步,许多工艺问题有待解决,纳米陶瓷许多新的性能需要挖掘。随着科学技术的迅速发展和新工艺的运用,如何用更好的和普遍适用的烧结方法来烧结得到纳米陶瓷和发现纳米陶瓷新的新颖的性能将是以后人们研究的重点。

参

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