納米陶瓷材料綜述

PAGEPAGE1納米陶瓷材料綜述Summaryofnano-ceramicmaterial摘要：本文是一片比較全面的納米陶瓷材料的綜述文章。主要內(nèi)容涵蓋了陶瓷的發(fā)展，納米陶瓷的發(fā)展，納米陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能（力學(xué)性能、電學(xué)性能、超塑性等）、納米陶瓷的應(yīng)用（防護(hù)材料、耐高溫材料、生物材料、壓電材料、信息材料等）、納米陶瓷的制備方法，包括納米粉的制備，成型及燒結(jié)。此外還有納米材料的發(fā)展展望。關(guān)鍵詞：納米陶瓷結(jié)構(gòu)與性能應(yīng)用制備方法展望Abstract:Thispaperisacomprehensivereviewarticleofthenano-ceramicmaterial.Themaincontentcoversthedevelopmentoftheceramic,thedevelopmentofnano-ceramicnano-ceramicstructureandproperties(mechanicalproperties,electricalproperties,superplasticity,etc.),theapplicationofnano-ceramic(protectivematerials,hightemperaturematerials,bio-materials,piezoelectricmaterials,informationmaterials,etc.),nano-ceramicpreparationmethods,includingnano-powders,moldingandsintering.InadditiontothedevelopmentofnanomaterialsOutlook.

Keywords:nano-ceramicstructureandperformancepreparationmethodProspects引言：著名的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Feynman在1959年就曾預(yù)言：“如果我們對(duì)物體微小規(guī)模上的排列加以某種控制的話，我們就能使物體得到大量異于尋常的特性，就會(huì)看到材料性能產(chǎn)生豐富的變化?！庇?guó)著名科學(xué)家萊恩Cahn在Nature雜志上撰文說：“納米陶瓷是解決陶瓷脆性的戰(zhàn)略途徑?！奔{米陶瓷的研究，不僅對(duì)先進(jìn)陶瓷的制備和表征有新的發(fā)展和創(chuàng)新，而且對(duì)現(xiàn)有的陶瓷理論也將發(fā)生重大變革，甚至可形成新的理論體系。納米陶瓷被認(rèn)為是陶瓷研究發(fā)展的第二個(gè)臺(tái)階。從微米級(jí)的先進(jìn)陶瓷到納米級(jí)的納米陶瓷是當(dāng)前陶瓷研究的趨勢(shì)之一。小尺寸效應(yīng)、表面和界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，導(dǎo)致了納米陶瓷呈現(xiàn)出與微米陶瓷不同的獨(dú)持性能。由此，人們追求的陶瓷增韌和超塑性，以及奇特的功能等問題，有可能在納米陶瓷中解決。1、陶瓷的發(fā)展歷史陶瓷是人類最早利用自然界提供的原料制造而成的材料。從陶器發(fā)展到瓷器,是陶瓷發(fā)展過程中的一次重大飛躍。這種傳統(tǒng)的瓷器,從結(jié)構(gòu)上來看,是由玻璃相結(jié)合在一起的、由許多微小的晶粒構(gòu)成的物體。從傳統(tǒng)陶瓷到先進(jìn)陶瓷,是陶瓷發(fā)展過程中的第二次重大飛躍。兩者的區(qū)別在于,在原材料、制備工藝、顯微結(jié)構(gòu)等方面存在相當(dāng)?shù)牟顒e或側(cè)重。傳統(tǒng)陶瓷多數(shù)采用天然礦物原料,或經(jīng)過處理的天然原料;而先進(jìn)陶瓷則多數(shù)采用合成的化學(xué)原料,有時(shí)甚至是經(jīng)特殊工藝合成的化學(xué)原料。從先進(jìn)陶瓷發(fā)展到納米陶瓷是陶瓷發(fā)展過程中的第三次飛躍。納米陶瓷將給人們提供更新更好的材料。2、納米材料納米陶瓷簡(jiǎn)介:納米(nanometer)是一個(gè)長(zhǎng)度單位，簡(jiǎn)寫為nm。1nm=10(-9)m=10埃。把組成相或晶粒結(jié)構(gòu)的尺寸控制在1-100納米范圍的具有特殊功能的材料稱為納米材料。納米陶瓷是指在陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu)中，晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、氣孔尺寸、缺陷尺寸等都處于納米水平的一類陶瓷材料。納米陶瓷是20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來的先進(jìn)材料。陶瓷材料作為材料的三大支柱之一,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(dǎo)熱性能好等優(yōu)點(diǎn);功能陶瓷在力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、磁光學(xué)和其它方面具有一些特殊的功能，使陶瓷在各個(gè)方面得到了廣泛應(yīng)用[1]。但是,由于傳統(tǒng)陶瓷材料質(zhì)地較脆,韌性、強(qiáng)度較差,因而使其應(yīng)用受到了較大的限制。隨著納米技術(shù)的廣泛應(yīng)用,納米陶瓷隨之產(chǎn)生,希望以此來克服陶瓷材料的脆性,使陶瓷具有象金屬一樣的柔韌性和可加工性。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代的作用。3、納米陶瓷的發(fā)展自20世紀(jì)70年代納米顆粒材料問世以來，80年代中期在實(shí)驗(yàn)室合成了納米塊體材料。納米材料已有近30多年的發(fā)展歷史，其發(fā)展歷程，大致可以分為以下三個(gè)階段：第一階段(1990年以前)，主要是指實(shí)驗(yàn)室的工作研究，具體包括：①探索用各種手段制備各種各樣的納米粉末；②合成塊體(包括薄膜)納米材料；③研究評(píng)估表征的方法；④探索納米材料不同于常規(guī)材料的特殊性能。第二階段(1990—1994年)，人們關(guān)注的熱點(diǎn)是如何利用納米材料奇特的物理、化學(xué)和力學(xué)性能，設(shè)計(jì)納米復(fù)合材科。第三階段(1994年到現(xiàn)在)，納米組裝體系、人工組裝合成的納米結(jié)構(gòu)的材料體系越來越受到人們的關(guān)注。納米陶瓷是納米材料的重要組成部分，納米陶瓷的發(fā)展基本上和與納米材料同步進(jìn)行的。4、納米陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能納米材料是由極細(xì)晶粒組成，特征維度尺寸在納米數(shù)量級(jí)(1~100nm)的固體材料。也有人稱納米材料是晶粒度為納米級(jí)的多晶材料。陶瓷是由晶粒和晶界組成的一種多晶燒結(jié)體，由于工藝上的關(guān)系，很難避免其中存在氣孔和微小裂紋。決定陶瓷材料性能的主要因素是：化學(xué)組成、物相和顯微結(jié)構(gòu)。4.1、力學(xué)性能人們認(rèn)為納米陶瓷是解決陶瓷韌性和提高強(qiáng)度的戰(zhàn)略途徑，因而其力學(xué)性能的研究就十分重要。與普通陶瓷相比，納米陶瓷的基本特征是晶粒尺寸非常小，晶界占有相當(dāng)大的比例，并且純度高，可使陶瓷材料的力學(xué)性能大為提高。過去對(duì)材料力學(xué)性能建立的位錯(cuò)理論、加工硬化理論、晶界理論是否適用于納米結(jié)構(gòu)材料，一直是人們十分關(guān)注的問題。不少納米陶瓷的硬度和強(qiáng)度比普通陶瓷高4～5倍或更高。4.2、超塑性納米陶瓷晶粒細(xì)化，晶界數(shù)量大幅度增加，擴(kuò)散性高，可提高陶瓷材料的韌性和產(chǎn)生超塑性。因此，人們追求的陶瓷增韌和超塑性問題可望由納米陶瓷來解決。納米陶瓷具有較小的晶粒及快速的擴(kuò)散途徑，所以晶粒尺寸小于50nm的納米陶瓷有望具有室溫超塑性，從而根本上克服陶瓷材料的脆性。納米陶瓷超塑性有重大的應(yīng)用價(jià)值。利用這一特性可進(jìn)行陶瓷的超塑性成型和超塑性連接。如日本用于發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)的超塑性彎曲成型制活塞環(huán)。陶瓷超塑性的出現(xiàn)將使陶瓷的成型方法發(fā)生變革，并使復(fù)雜形狀部件的成型成為可能。另外，陶瓷超塑性的出現(xiàn)將變革現(xiàn)有的燒結(jié)工藝，使成型和燒結(jié)有可能一次完成，為開發(fā)新型結(jié)構(gòu)陶瓷開辟了新途徑。4.3、電學(xué)性質(zhì)納米材料中，由于界面的體積分?jǐn)?shù)較大，使平移周期性在一定范圍內(nèi)遭到嚴(yán)重破壞，顆粒尺寸愈小，電子平均自由程愈短。納米材料偏離理想周期場(chǎng)，必將引起電學(xué)性能的變化。4.3.1電阻納米材料的電阻高于常規(guī)材料。主要原因是納米材料中存在大量的晶界，幾乎使大量的電子運(yùn)動(dòng)局限在較小顆粒范圍。晶界原子排列越混亂，晶界厚度越大，對(duì)電子的散射能力就越強(qiáng)，界面這種高能壘使電阻升高。4.3.2、介電性納米材料的介電常數(shù)和介電損耗與顆粒尺寸有很強(qiáng)的依賴關(guān)系；納米材料的電場(chǎng)頻率對(duì)介電行為有極強(qiáng)的影響，并顯示出比常規(guī)粗晶材料強(qiáng)的介電性。4.3.3、壓電效應(yīng)我國(guó)科技工作者在納米非晶氮化硅塊體上觀察到強(qiáng)的壓電效應(yīng)，這主要是由于未經(jīng)退火和燒結(jié)的納米非晶氮化硅界面中存在大量的懸鍵(如在Si一Si3、Si—SiN3等中的Si懸鍵，N—NSi2中的氮懸鍵等)以及N—H、Si—H、Si—O和Si—OH等鍵。4.3.4、光學(xué)性質(zhì)納米材料的紅外吸收研究近年來比較活躍，主要集中在納米氧化物、氮化物和納米導(dǎo)體材料上。通常發(fā)光效應(yīng)很低的Si、Ge半導(dǎo)體材料，當(dāng)晶粒尺寸減小到＜5nm時(shí)，可觀察到很強(qiáng)的可見光發(fā)射。Al2O3、TiO2、SnO2、CdS、CuCl2、ZnO、Bi2O3、Fe2O3、CaSO4等，當(dāng)它的晶粒尺寸減小到納米量級(jí)時(shí)，也同樣觀察到常規(guī)材料中根本沒有的發(fā)光現(xiàn)象。根本不發(fā)光的純Al2O3和純Fe2O3納米材料復(fù)合在一起，所獲得的細(xì)晶材料在藍(lán)綠光波段出現(xiàn)了一個(gè)較寬的光致發(fā)光帶。此外，納米材料還有非線性光學(xué)效應(yīng)、光伏特性和磁致發(fā)光效應(yīng)等?？傊?，納米材料的光學(xué)性質(zhì)的研究還處于初始階段，許多問題值得深入研究。此外，納米材料還具有優(yōu)異的熱學(xué)、磁學(xué)、化學(xué)(催化、耐腐蝕)等性能。納米材料基本物理性質(zhì)的研究將進(jìn)一步揭示納米材料的本質(zhì)，為開發(fā)新材料打下基礎(chǔ)。納米陶瓷可能具有的低溫超塑性、延展性和極高的斷裂韌性，將使其成為兼具陶瓷和金屬的優(yōu)良特性(如高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、耐高溫、耐腐蝕、易加工等)的新結(jié)構(gòu)和功能材料，在航空、航天、機(jī)械、電子信息等眾多領(lǐng)域具有無限廣闊的應(yīng)用前景。5、納米陶瓷的應(yīng)用以上納米陶瓷性能的特點(diǎn)決定了納米陶瓷具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域：5.1、硬性防護(hù)和軟性保護(hù)材料普通陶瓷在用作防護(hù)材料時(shí)，由于其韌性差，受到彈丸撞擊后容易在撞擊區(qū)出現(xiàn)顯微破壞、跨晶、界面破壞、裂紋擴(kuò)展等一系列破壞過程，從而降低了陶瓷材料的抗彈性能。納米陶瓷具有高韌性的性能，提高了陶瓷材料的抗沖擊性能，可有效提高主戰(zhàn)坦克復(fù)合裝甲的抗彈能力，增強(qiáng)速射武器陶瓷襯管的抗腐蝕性和抗沖擊性；由防彈陶瓷外層和碳納米管復(fù)合材料作襯底，可制成堅(jiān)硬如鋼的防彈背心。在未來的戰(zhàn)爭(zhēng)中，若能把納米陶瓷用于車輛裝甲防護(hù)，會(huì)具有更好的抗彈、抗爆震、抗擊穿能力，提供更為有力的保護(hù)[3]。納米Y2O3和ZrO2在較低溫度燒結(jié)的陶瓷具有很高的韌性和強(qiáng)度，被用于軸承和刀具等耐磨器件[4]。5.2、耐高溫材料納米陶瓷粉末涂料在高溫環(huán)境下具有優(yōu)異的隔熱保溫效果，不脫落、不燃燒，耐水、防潮，無毒、對(duì)環(huán)境無污染，對(duì)提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪前溫度，進(jìn)而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比和降低燃料消耗具有重要作用，適用于冶金、化工工業(yè)、電廠的熱力鍋爐及焦化煤氣等熱力設(shè)備和熱力管網(wǎng)等高溫設(shè)備的防腐、爐外降溫[8]，并有望成為艦艇、軍用渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件的理想材料，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率，可靠性與工作壽命。在汽車工業(yè)也有著廣闊前景，如用納米陶瓷作為氣缸內(nèi)襯材料，因耐高溫可提高燃料燃燒溫度，使燃料的熱效率提高；涂覆于汽車玻璃表面可起到防污和防霧、隔熱作用[9]。5.3、生物材料、臨床應(yīng)用材料表1納米復(fù)相套磁材料的力學(xué)性能[10]隨著納米材料研究的深入，納米生物陶瓷材料的優(yōu)勢(shì)將逐步顯現(xiàn)，其強(qiáng)度、韌性、硬度以及生物相容性都有顯著提高。例如當(dāng)羥基磷灰石粉末中添加10％~70％的ZrO2粉末時(shí)，材料經(jīng)1300~1350℃熱壓燒結(jié)，其強(qiáng)度和韌性隨燒結(jié)溫度的提高而增加。納米SiCn增強(qiáng)羥基磷灰石復(fù)合材料比純羥基磷灰石陶瓷的抗彎強(qiáng)度提高1.6倍、斷裂韌性提高2倍、抗壓強(qiáng)度提高1.4倍，與生物硬組織的性能相當(dāng)。從表1可看出納米陶瓷材料的力學(xué)性能。Erbe等用納米技術(shù)制備出納米磷酸鈣，它不僅可以作為骨髓細(xì)胞的細(xì)胞骨架，還可以加速細(xì)胞的形成。生物功能陶瓷能夠模仿人體某些特殊生理行為，可以用來構(gòu)成牙齒和骨骼等某些人體部位，甚至可望部分或整體地修復(fù)或替換人體的某種組織器官。5.4、以陶瓷粉末為吸收劑的吸收材料傳統(tǒng)的汽車尾氣凈化催化材料是在陶瓷載體表面涂一層Al2O3粉體材料作為分散層，再在分散層表面涂一層催化劑材料作為活性層。將分散層和活性層的材料制備技術(shù)開發(fā)成納米表面材料技術(shù)，可明顯改善汽車尾氣催化劑的性能，提高了汽車尾氣凈化器的壽命[13]。5.5、壓電材料壓電陶瓷廣泛用于電子技術(shù)、激光技術(shù)、通汛、生物、醫(yī)學(xué)、導(dǎo)航、自動(dòng)控制、精密加工、傳感技術(shù)、計(jì)量檢測(cè)、超聲和水聲、引燃引爆等軍用、商用及民用領(lǐng)域。納米陶瓷晶體結(jié)構(gòu)上沒有對(duì)稱中心，具有壓電效應(yīng)。通過精選材料組成體系和添加物改性，可以獲得高能和低溫?zé)Y(jié)兼?zhèn)涞膲弘娂{米陶瓷材料。通過控制納米晶粒的生長(zhǎng)可獲得量子限域效應(yīng)，以及性能奇異的鐵電體，以提高壓電熱解材料機(jī)電轉(zhuǎn)換和熱釋性能。5.6、信息材料當(dāng)陶瓷中的晶粒尺寸減小一個(gè)數(shù)量級(jí)，晶粒的表面積及晶界的體積亦以相應(yīng)的倍數(shù)增加。納米功能陶瓷除了可降低產(chǎn)品的成本，滿足電子元件小型化的需要外，還可減少連接的距離，將會(huì)提高對(duì)環(huán)境的穩(wěn)定性，減少噪音并降低產(chǎn)品對(duì)噪音的敏感性瑚[15]，大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量。5.7、清潔材料“納米易潔陶瓷”系采用特殊的涂覆技術(shù)。將納米液態(tài)聚合硅均布于陶瓷表面，經(jīng)高溫處理后得到具有納米量級(jí)膜層的陶瓷。聚合硅成膜后能大大降低陶瓷的表面張力，使液體在陶瓷表面呈半球狀，不易掛沾，易于清潔。納米陶瓷具有明顯的易潔特性，在使用中便于清洗節(jié)水，也會(huì)減少因使用化學(xué)清潔劑而造成的環(huán)境污染。同時(shí)納米陶瓷材料還具有一定的抗菌性[16]。所以其在墻地磚及衛(wèi)生潔具的應(yīng)用有著十分廣闊的前景和重要的環(huán)保意義。6、納米陶瓷的制備納米陶瓷的制備從基本的工藝上看，同普通陶瓷的制備相類似，即將合成的納米粉體成型，然后燒結(jié)。納米粉的制備與微米陶瓷相比，原料粉末粒度變小將引起納米粉體的團(tuán)聚、成型素坯的開裂以及燒結(jié)過程中的晶粒長(zhǎng)大，從而影響納米陶瓷的結(jié)構(gòu)和性能。解決納米粉體的團(tuán)聚、素坯的開裂以及燒結(jié)過程中的晶粒長(zhǎng)大等問題己成為制備或提高納米陶瓷質(zhì)量的關(guān)鍵。目前已用氣相法、液相法和高能球磨法等制備了大量的各式各樣的納米粉體。在納米粉體的制備領(lǐng)域里出現(xiàn)了一些新的方法：6.1.1、爆炸絲法即利用金屬絲在高壓電容器的瞬間放電作用下，爆炸形成納米粉體。采用該法已制備出Al2O3、TiO2粉體、粉體的尺寸一般為20～30nm，呈球形。6.1.2、化學(xué)氣相凝聚法。是將CVD的化學(xué)反應(yīng)過程與惰性氣體冷凝法(IGC)的冷凝過程結(jié)合起來的方法。利用此法，已成功地合成了ZrO2、TiO2等多種納米粒子。6.1.3、微波合成法采用該法可在較低溫度下和極短時(shí)間內(nèi)，得到50～80nm的AlN。6.1.4、超聲化學(xué)法是利用超聲空化原理加速和控制化學(xué)反應(yīng)?，F(xiàn)在利用此法，合成出了SiO2納米材料。6.1.5、激光蒸發(fā)--凝聚法采用激光蒸發(fā)金屬靶材料，合成了納米尺度(10~50nm)、組分可控的金屬氧化物、碳化物和氮化物顆粒。6.1.6、太陽(yáng)爐蒸發(fā)--凝聚法是在2kW的太陽(yáng)反射爐中以溶液為前驅(qū)物，采用蒸發(fā)--凝聚工藝制備納米級(jí)的g--Fe2O3、YxO2-y，SnO2、In2O3、ZnO和ZnO+Bi2O3。另外，還有氣相燃燒合成技術(shù)、超聲等離子體沉積法、爆炸法等方法。然而在濕化學(xué)法中制備納米粉體的過程中存在的最大問題是粉末的團(tuán)聚。團(tuán)聚體的存在無論對(duì)燒結(jié)過程還是對(duì)制品的性能都非常有害。納米粉體的團(tuán)聚將導(dǎo)致坯體堆積密度低、形態(tài)不均勻，并將引入大量的缺陷和氣孔，嚴(yán)重影響燒結(jié)體的致密度、強(qiáng)度、韌性、可靠性以及其他性能。①選擇合適的沉淀?xiàng)l件；②沉淀前或干燥過程中的特殊處理，如陽(yáng)離子脫除、有機(jī)溶劑洗滌、干燥時(shí)的濕度控制、水熱處理等；③最佳燃燒條件的選擇。團(tuán)聚體形成后，其消除方法主要有：①沉積或沉降；②超聲波處理；③加入分散劑；④高的生成壓力。6.2納米陶瓷的成型成型就是將粉體轉(zhuǎn)變成具有一定形狀、體積和強(qiáng)度的坯體成型追尋的目標(biāo)：在形狀和大小達(dá)到要求的前提下，素坯密度大，素坯密度分布均勻是理想坯體的重要指標(biāo)納米粉體極細(xì)的顆粒和巨大的表面積，使其表現(xiàn)出不同于常規(guī)粗顆粒的成型情況。因此，用傳統(tǒng)的陶瓷成型方法來成型，必然會(huì)出現(xiàn)一些問題。例如需要過多的黏結(jié)劑、壓塊產(chǎn)生分層和回彈、濕法成型所需介質(zhì)過多、雙電層改變、流變狀態(tài)變化、素坯密度低、坯體易干裂等。由于納米微粒的比表面積非常大，因此給陶瓷素坯成型帶來極大的困難，不僅是素坯密度得不到提高、而且在模壓成型或熱壓燒結(jié)裝樣時(shí)，還經(jīng)常出現(xiàn)粉體在模具里裝不下的情況。解決上面問題的辦法通常有兩條：6.2.1、用造粒的方法來減小粉體的比表面積；一個(gè)常用的造粒方法是將納米粉體加壓成塊(施加壓力的大小是控制造粒的關(guān)鍵)，然后再碾細(xì)、過篩。這個(gè)方法增加了粉體的顆粒度以便于成型，而同時(shí)并沒有改變晶粒尺寸。6.2.2、用濕法成型。6.2.2.1、凝膠注模成型指液固轉(zhuǎn)換過程沒有體積收縮，能精確達(dá)到設(shè)計(jì)的尺寸。凝膠注模成型的優(yōu)點(diǎn)是能獲得高密度、高強(qiáng)度、均勻性的坯體，可制備凈尺寸成型復(fù)雜形狀的陶瓷部件。6.2.2.2、注漿成型干壓成型只能制備形狀簡(jiǎn)單的部件，具有較大的局限性。方敏等研究了納米ZrO2粉末的注漿成型，雖然克服了干法成型的缺點(diǎn)、但生坯密度和強(qiáng)度較低。6.2.2.3、直接凝固注模成型利用生物酶催化反應(yīng)來控制陶瓷漿料的pH值和電解質(zhì)濃度，使其雙電層排斥能最小時(shí)，依靠范德華力而原位凝固。6.3、納米陶瓷的燒結(jié)納米陶瓷燒結(jié)的質(zhì)量好壞將直接影響到納米陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)，從而影響其性能。在陶瓷工藝中，納米粉體會(huì)對(duì)燒結(jié)過程產(chǎn)生巨大的影響，而且會(huì)出現(xiàn)一些新問題。由于納米陶瓷粉體具有巨大的比表面積、使得作為粉體燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力的表面能劇增，燒結(jié)過程中的物質(zhì)反應(yīng)接觸面增加，擴(kuò)散速率大大增加，擴(kuò)散路徑大大縮短，成核中心增多，反應(yīng)距離縮小等變化。上面這些變化，必然使燒結(jié)活化能降低；燒結(jié)反應(yīng)速率加快，引起整個(gè)燒結(jié)動(dòng)力學(xué)的變化，燒結(jié)溫度大幅度地降低。納米陶瓷燒結(jié)的關(guān)鍵技術(shù)。為了獲得晶粒尺寸小于100nm的陶瓷，納米陶瓷燒結(jié)的關(guān)鍵是控制晶粒長(zhǎng)大?？梢酝ㄟ^下面兩種方法來解決：一是降低燒結(jié)溫度；二是縮短燒結(jié)時(shí)間。它們的目的都是為了抑制燒結(jié)過程中的晶粒長(zhǎng)大，減小燒結(jié)體的平均晶粒尺寸。主要的燒結(jié)方法如下：①惰性氣體蒸發(fā)--凝聚原位加壓制備法；②真空(加壓)燒結(jié)；③快速微波燒④放電等離子體燒結(jié)；⑤高溫等靜壓燒結(jié)；⑥熱壓燒結(jié)；⑦超高壓低溫?zé)Y(jié)⑧爆炸燒結(jié)；⑨常壓(加入添加劑的)燒結(jié)；⑩有機(jī)前驅(qū)物法等。下面著重介紹第一種方法。這個(gè)裝置主要由三部分組成：第一部分為納米粉體的制備；第二部分為納米粉體的收集；第三部分為粉體的壓制成型。該法的工藝過程為：①用渦輪分子泵抽真空至l0~5Pa，排除裝置中的污染源；②加熱蒸發(fā)金屬或化合物，通入惰性氣體(氦氣)，將蒸發(fā)氣帶至液氮冷卻壁冷凝成納米粉末，此時(shí)真空下降至幾百Pa；③在超真空下，由聚四氟乙烯刮刀從冷阱上刮下，經(jīng)漏斗直接落入低壓壓實(shí)裝置；④在低壓壓實(shí)裝置中，粉體被輕度壓成壓塊后，送到高壓原位壓實(shí)裝置，進(jìn)一步壓實(shí)；⑤對(duì)陶瓷進(jìn)一步燒結(jié)，使其致密化。7、研究展望：縱觀納米陶瓷的發(fā)展歷史，對(duì)高純度、高均勻性和化學(xué)組成精確的納米陶瓷粉體的制備和應(yīng)用開發(fā)研究是納米技術(shù)研究的一個(gè)長(zhǎng)久課題，如何高效率、低成本地獲取優(yōu)質(zhì)納米陶瓷粉體，仍然是當(dāng)今各國(guó)科學(xué)家和企業(yè)界研究的重點(diǎn)[17~18]。未來納米陶瓷發(fā)展的方向主要有以下幾個(gè)方面：（1）納米陶瓷粉體新的制備方法和工藝條件的研究與開發(fā)；開發(fā)高效率、低成本的制備技術(shù)；（2）納米粉體形成納米陶瓷的反應(yīng)機(jī)理研究；（3）智能化敏感陶瓷元件計(jì)算機(jī)用光纖陶瓷材料、計(jì)算機(jī)硬盤和高穩(wěn)定性陶瓷電容器（4）研究納米粉體對(duì)環(huán)境的污染機(jī)理，做好應(yīng)用過程中的環(huán)境保護(hù)；（5）加速納米粉體的工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用進(jìn)程。在21世紀(jì)，納米陶瓷粉體將飛速發(fā)展，在各領(lǐng)域的應(yīng)用將全面展開，并將產(chǎn)生一批新技術(shù)、新產(chǎn)品；在電子、通信等高技術(shù)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，將成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新的增長(zhǎng)點(diǎn)。參考文獻(xiàn)：1施錦行．納米陶瓷的制備及其特性．中國(guó)陶瓷，1997，33(3)：36～382王世敏．納米材料制備技術(shù)．化學(xué)工業(yè)出版社，20023江炎蘭，梁小蕊.納米陶瓷材料的性能及其應(yīng)用.兵器材料科學(xué)與工程，2008.31(5):91~944阮霞．納米材料制成金屬陶瓷刀具.中華建筑報(bào).2004-02-185錢博章.重防腐納米陶瓷涂料耐磨耐蝕.中國(guó)涂料，2007,22(12):76奉向東．納米材料：IT突破的催化荊——