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      極具市場潛力的納米陶瓷

      發布時間:2021-05-26 14:22:28  瀏覽次數:2056

      陶瓷材料作為全球材料業的三大支柱之一,在日常生活及工業生產中起著舉足輕重的作用。目前,國際陶瓷市場需求最大的建筑陶瓷年貿易額達50億美元,并以每年12%~15%的速度增長。據統計僅在歐洲市場2002年工程陶瓷 的市場價值為12.75億歐元,美國13.48億美元,預計2009年歐洲和美國工程陶瓷的消費將分別達到17.05億歐元和16.55億美元。 由于存在脆性(裂紋)、均勻性差、可靠性低、韌性、強度較差等的缺陷,因而使其應用受到了一定的限制。但隨著納米技術的廣泛應用,納米陶瓷隨之產生,它克服了陶瓷材料的許多不足,并對材料的力學、電學、熱學、磁光學等性能產生重要影響,為陶瓷材料的應用開拓了新領域使陶瓷材料跨入了一個新的歷史時期,所以納米陶瓷被稱為是21世紀陶瓷。 納米陶瓷材料是利用納米粉體對現有陶瓷進行改性,通過在陶瓷中加入或生成納米級顆粒、晶須、晶片纖維等,使晶粒、晶界以及他們之間的結合都達到納米水平,使材料的強度、韌性和超塑性大幅度提高。具有優良的室溫和高溫力學性能、抗彎強度、斷裂韌性,使陶瓷具有像金屬一樣的柔韌性和可加工性,在切削刀具、軸承、汽車發動機部件等諸多方面都有廣泛的應用,并在許多超高溫、強腐蝕等苛刻的環境下起著其他材料不可替代的作用,具有廣闊的應用前景。 性能 超塑性: 超塑性納米陶瓷具有類似金屬的超塑性,這己成為納米陶瓷領域最令人注目的焦點之一。普通陶瓷材料在常溫下幾乎不產生塑性形變,只有在很高的溫度下才有擴散蠕變,表現出塑性。而納米陶瓷在較低的溫度下就能表現出超塑性,使其韌性大為提高,在900℃可發生無裂紋形變,同時斷裂韌性提高了5%。 在1 550℃ 和2 4 X 10 S。的應變速率下延伸率可將近400%;室溫下合成的TiO2 陶瓷,它可以彎曲,其塑性變形高達100% ,韌性極好。 燒結性能: 納米陶瓷的的燒結溫度大幅度降低,比傳統的晶粒陶瓷低500~600℃ ,而燒結速率卻增加了,使得燒結過程大大縮短,這對需高溫燒結的陶瓷材料有利。 致密性: 在傳統陶瓷材料高致密性和細結晶是相互矛盾的,難以實現。納米材料的引入,使得無需添加任何助劑,就能夠形成高密度、細晶粒的陶瓷材料。納米陶瓷經過高溫熱壓燒結可以達到將近百分百的致密性。 彎曲強度:添加少量的納米材料就能使得陶瓷材料的抗彎強度和韌性。其中,斷裂韌性提高40%以上,抗拉強度沖300MPa提高到1GPa,經過高溫熱處理后其抗彎強度可達1 5GPa 硬度:納米陶瓷材料比普通的陶瓷材料的硬度要高5~6倍。對其力學性能的測試表明峰值抗拉強度能提高30% ,峰值硬度提高了60% 。 斷裂韌性:室溫下的納米陶瓷具有很高的韌性,壓縮至原長的1/4而不破碎,斷裂韌性比普通陶瓷材料提高3倍多。 磁學性能:與鐵磁原子類似,根據相互作用的大小,納米品粒體可表現出超順磁性、超鐵磁性、超自旋玻璃態等特性。 電學性能:陶瓷粉體晶粒的納米化可提高陶瓷材料的絕緣性、介電性等性能。陶瓷材料制備的半導體中的正溫度系數(PVC)陶瓷,可提高它的靈敏度及穩定性。 市場潛力 納米陶瓷在建筑行業、納米陶瓷電子領域、抗茵(殺菌)方面、生物領域、軍事領域、精密設備領域、精密設備領域、環境領域都有廣泛的應用。 近十年來,我國陶瓷墻地磚就產量而言,已成為世界大國。但不少功能特性的品種、高檔墻地磚的彩色釉料須進口;衛生陶瓷、裝飾陶瓷無論是結構、功能,還是造型、色調、釉面質量等方面的差距更大,高檔衛生陶瓷仍大量采用進口貨。 納米復合功能建筑衛生陶瓷的開發,將使功能性建筑衛生陶瓷得到發展,例如熒光墻地磚、氧敏變色和具有保潔、抗茵功能特性的墻地磚。另外,高韌性是納米陶瓷另一個具有很高應用的性能。陶瓷韌性的提高使得陶瓷的應用領域極度的擴大,因為今后納米陶瓷就可以像鋼鐵、塑料等主流材料一樣的應用。 納米陶瓷可作為電子陶瓷應用于基板、包裝、感測器、電容器、壓電蜂嗚器和熱敏電阻等。如納米Y2 O3和ZrO2。在較低溫度燒結的陶瓷。具有很高的韌性和強度,可用于軸承和刀具等耐磨器件:用納米Nd2O3 和Sm2O3等制作的多層電容和微波器件,性能都得到了很大的提高。由于具有超高純度、好的熱導性和長久的耐干擾性能可以使微處理器集成化程度更高、運行速度更快,作為下一代電腦芯片。 納米抗菌粉體的抗菌效果將更強,抗茵率可達到99.9%。因此它在保持陶瓷制品原有使用功能和裝飾效果的同時增加消毒殺菌及化學降解的功能。從而能夠廣泛用于衛生、醫療、家庭裝飾、民用或工業建筑,已成為高技術產品研究開發的熱點之一。實驗證明用納米磷酸鋯載銀抗茵粉體可用于11 00~1300oC一次燒成的日用瓷和衛生瓷產品中,抗菌時間可維持20年以上。 生物功能陶瓷是具有某些特殊生理行為的陶瓷,具有生物的降解性和生物地相容性,如人造牙齒、人造骨等。納米陶瓷材料硅酸鋁釔(YAS)就可以應用于癌癥的治療,初步臨床表明,用這種材料治療可以大大延長病人的壽命i納米氧化氧化鋯陶瓷堅硬、耐磨、耐腐蝕且具有生物相容性。 同時還具有多孔承載能力強等特性。代替傳統醫用植入體中的材料可以提高使用效果,降低費用;研究發現,采用納米顆粒進行復合制備的磷酸鈣骨水泥,與肌體親和性好,無異物反應,并且材料具有可降解性。能被新生骨逐步吸收。生物醫學領域也能發揮巨人的作用和影響。 納米功能防彈陶瓷以其優異的防彈性能、較輕的質量及相對便宜的價格已成為使用最為廣泛的防彈材料。目前,國內外主要使用的特種防彈陶瓷有A12O3、B4C、SiC、TiB2、AlN、Si3N4 等。 ???納米陶瓷的紅外發射率可達0.3~0.95范圍,根據需要廣范圍可調,且對高頻電磁波的吸波率和透波特性也廣范圍可調,已廣泛應用于軍工攻防武器裝置和重要軍事設施。 室溫超塑性是納米陶瓷最具應用前景的性能之一。納米陶瓷克服了普通陶瓷的脆性,使陶瓷的鍛造、積壓、拉拔等加工工藝成為可能,從而能夠制得各種特殊的部件,應用到精密設備中去。 納米陶瓷的燒結溫度比普通陶瓷的低幾百度,可以節能源、減少環境污染。另外利用納米陶瓷的光學催化性消除和降解有機物污染,可用于污水處理、室內有害氣體的分解等領域。此外,已應用于易產生的一氧化碳等有害氣體的裝置,如汽車或能源發動裝置中可以減少環境污染。 前景透視 納米陶瓷作為一種新型高性能陶瓷,是近年發展起來的一門全新的科學技術,它將成為新世紀最重要的高新技術,將越來越受到世界各國科學家的關注,納米陶瓷的研究與發展必將引起陶瓷工業的發展與變革。目前,國外納米陶瓷已開始產業化,我國還處于在陶瓷納米粉體的研制階段,納米陶瓷要真正實現產業化,還需要社會各界共同努力,產學研共攜手,加快科技成果的轉化。納米陶瓷以其巨大的潛在的優異性能,特別是室溫超塑性、高韌性、低溫燒結性等,給陶瓷工業注入了新的活力。隨著社會對高性能的要求,納米陶瓷將具有令人矚目的前景,巨大的市場潛力。

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