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鄒小姐：13326633089 -
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納米科技是21 世紀(jì)最重要的科學(xué)技術(shù)之一，其中應(yīng)運(yùn)而生的納米材料，因具有獨(dú)特的性能而被廣泛使用。納米材料不僅顛覆了人們提對(duì)材料學(xué)的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，重新定義了材料的結(jié)構(gòu)，而且為解決材料領(lǐng)域的難點(diǎn)問(wèn)題提供了新思路。傳統(tǒng)陶瓷材料由于質(zhì)地較脆，韌性、強(qiáng)度較差，因而使其應(yīng)用受到了很大限制。但隨著納米材料開(kāi)始運(yùn)用在陶瓷中，極大地改善了傳統(tǒng)陶瓷的性能短板，使得陶瓷材料的應(yīng)用跨上了一個(gè)新臺(tái)階。那么究竟是什么原因使得人們開(kāi)始追求納米陶瓷，它又與傳統(tǒng)陶瓷有什么不同之處。
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一、什么是納米陶瓷
所謂納米陶瓷，是指顯微結(jié)構(gòu)中的物相具有納米級(jí)尺度的陶瓷材料，也就是說(shuō)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。其尺寸的納米化大大提升了晶界數(shù)量，使材料的超塑性和力學(xué)性能大為提高，極為有效地克服了傳統(tǒng)陶瓷的弊端。
二、納米陶瓷的分類
納米陶瓷材料依據(jù)性能可分為2大類型：一類是納米結(jié)構(gòu)陶瓷，另一類是納米功能陶瓷。
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納米陶瓷分類 |
原理 |
作用 |
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納米結(jié)構(gòu)陶瓷 |
在陶瓷粉體中加入納米顆粒，或是將陶瓷粉體納米化，通過(guò)在燒結(jié)凝固時(shí)控制凝固或結(jié)晶相的大小和分布，從而改變陶瓷顯微結(jié)構(gòu)。 |
提高陶瓷其力學(xué)性能（硬度、強(qiáng)度、塑性和韌性） |
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納米功能陶瓷 |
添加具有獨(dú)特功能的納米相或顆粒，或本身在常規(guī)微米級(jí)時(shí)未能完全表現(xiàn)出來(lái)的通過(guò)超細(xì)化而具有特殊功能的納米陶瓷材料。 |
獲得特殊功能（聲學(xué)、光學(xué)、電學(xué)﹑磁學(xué)、生物活性，對(duì)環(huán)境的敏感性等），但需兼顧一定的力學(xué)性能。 |
納米陶瓷分類
三、“納米級(jí)”帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)
納米氧化物粉體是介于固體與分子之間的具有納米尺寸（1～100 nm）的亞穩(wěn)態(tài)中間物質(zhì)。隨著粉體的超細(xì)化，表面的電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)等特殊效應(yīng)。因此，納米陶瓷粉體材料在電學(xué)、力學(xué)、磁學(xué)具有優(yōu)異的性能。
（1）力學(xué)性能
因?yàn)榧{米材料具有大的界面，界面的原子排列是相當(dāng)混亂的，原子在外力變形的條件下很容易遷移，因此表現(xiàn)出甚佳的韌性與一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力學(xué)性質(zhì)。
（2）超塑性
超塑性是指在拉伸試驗(yàn)中，在一定的應(yīng)變速率下，材料會(huì)產(chǎn)生較大的拉伸形變。普通陶瓷是一種脆性材料，在常溫下沒(méi)有超塑性，很難發(fā)生形變。而納米陶瓷由于粒徑較小，且界面的原子排列較復(fù)雜、混亂，又含有眾多的不飽和鍵。原子在變形作用下很容易發(fā)生移動(dòng)，因此表現(xiàn)出較好的延展性和韌性。
（3）鐵電性
陶瓷的晶體尺寸直接影響其鐵電性能。隨著晶粒尺寸的降低，其鐵電性能會(huì)逐漸降低。當(dāng)其尺寸小到一定值時(shí)，材料的整個(gè)鐵電性能會(huì)消失。
（4）高的化學(xué)活性
納米材料固有的表面效應(yīng)使其表面原子存在許多懸空鍵，并且有不飽和性質(zhì)，具有很高的化學(xué)活性。這一特性可以增加該材料的生物活性和成骨誘導(dǎo)能力，實(shí)現(xiàn)植入材料在體內(nèi)的早期固定。
四、“納米級(jí)”陶瓷的應(yīng)用
由于尺寸的納米化大大提升了晶界數(shù)量，使材料的超塑性和力學(xué)性能大為提高，極為有效地克服了傳統(tǒng)陶瓷的弊端。同時(shí)，材料性質(zhì)主要由原子的短程序性決定，可望通過(guò)原子排列的變化而使材料具有新的性能。納米顆粒與光子、電子或位錯(cuò)的相互作用﹐能導(dǎo)致產(chǎn)生不尋常且有用的光學(xué)、電子及磁、力學(xué)等性能。這些，都為陶瓷產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了更為廣闊的應(yīng)用未來(lái)。
（1）防護(hù)與涂層領(lǐng)域
現(xiàn)階段，陶瓷的納米化最廣泛的應(yīng)用在涂層與包覆材料方面。因?yàn)榧{米化陶瓷具有極小的熱導(dǎo)率和特殊的電磁性能，所以人們常通過(guò)一定的物理和化學(xué)方法，將其均勻地包覆在物體表面，用作隔熱、抗氧化、耐磨、生物、壓電和吸波涂層。如：
防護(hù)與涂層領(lǐng)域應(yīng)用
噴陶瓷三槽分線輪拉絲機(jī)導(dǎo)輪 圖片來(lái)源：泓智機(jī)械
（2）生物醫(yī)學(xué)材料
隨著人們對(duì)納米陶瓷研究的不斷深入，其在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面的潛力得到了較大的挖掘。要使生物陶瓷契合某些特殊的生理行為，必須滿足以下要求：
（1）對(duì)生物體友好，無(wú)毒、無(wú)刺激、無(wú)致癌等效果；
（2）滿足一定的應(yīng)力要求，能起到支撐、摩擦等特殊作用；
（3）能與人體其他組織相互結(jié)合。
納米陶瓷材料極好地滿足了以上條件，這為其在生物醫(yī)學(xué)方面的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
生物醫(yī)學(xué)材料方面應(yīng)用
納米生物陶瓷遠(yuǎn)紅外臨床應(yīng)用 圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)
（3） 新型刀具
陶瓷刀具是現(xiàn)代結(jié)構(gòu)陶瓷的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。陶瓷刀具不僅具有高硬度、高耐磨性，同時(shí)在高溫下仍保持優(yōu)良的力學(xué)性能，成為制造切削刀具的理想材料。如：合肥工業(yè)大學(xué)主持的納米TiN、AIN改性的TiC基金屬陶瓷刀具制造技術(shù)通過(guò)了有關(guān)部門的鑒定﹐這標(biāo)志著我國(guó)利用納米陶瓷制備的新型刀具正式誕生。此類刀具具有良好的韌性與強(qiáng)度，現(xiàn)已得到了較大的發(fā)展。
新型刀具應(yīng)用
火候納米陶瓷刀 圖片來(lái)源：小米有品
總結(jié)
陶瓷納米化在化學(xué)、力學(xué)、光吸收、磁性等方面具有卓越的性質(zhì)，因此，在今后的特殊材料與特殊技術(shù)方面都將會(huì)起到極其重要的作用，其應(yīng)用范圍將會(huì)越來(lái)越廣。納米陶瓷材料作為一種新型高性能材料，越來(lái)越受到世界各國(guó)材料科學(xué)工作者的關(guān)注。目前納米陶瓷材料的研究尚屬起步，許多工藝問(wèn)題有待解決。納米陶瓷材料的廣泛應(yīng)用前景為其研究方向增添巨大動(dòng)力，而科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展也必將加速納米陶瓷材料研究的進(jìn)程。
參考文獻(xiàn)：
1、納米陶瓷的研究進(jìn)展 張強(qiáng)宏
2、納米陶瓷材料研究與應(yīng)用 張文毓
3、納米陶瓷的特性和燒結(jié) 肖長(zhǎng)江等
4、納米陶瓷涂層的特性及研究現(xiàn)狀 宋子豪等
5、納米陶瓷及其在刀具中的應(yīng)用與研究 許崇海等
6、納米生物醫(yī)用陶瓷的應(yīng)用及展望 涂浩等
作者：晴天
