先進(jìn)陶瓷材料-結(jié)構(gòu)陶瓷

先進(jìn)陶瓷材料陶瓷材料在諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。第八章

先進(jìn)陶瓷材料先進(jìn)陶瓷材料一.結(jié)構(gòu)陶瓷二.功能陶瓷一結(jié)構(gòu)陶瓷1氧化鋁(Al2O3)結(jié)構(gòu)陶瓷2氮化硅(Si3N4)結(jié)構(gòu)陶瓷

3碳化硅(SiC)/高溫結(jié)構(gòu)陶瓷4增韌氧化物結(jié)構(gòu)陶瓷5其他結(jié)構(gòu)陶瓷高速鋼硬金屬超級(jí)金屬ZrO2Si3N4SiCAl2O3纖維復(fù)合材料微晶玻璃耐火材料炻器陶器彎曲強(qiáng)度/GPa0123年代18501900195019701990一結(jié)構(gòu)陶瓷一結(jié)構(gòu)陶瓷1氧化鋁(Al2O3)結(jié)構(gòu)陶瓷Al2O3短纖維/Al汽車活塞SiC/Al，Al2O3/Al汽車剎車盤，減重60％Al2O3滾筒用途舉例1氧化鋁(Al2O3)結(jié)構(gòu)陶瓷應(yīng)用領(lǐng)域機(jī)械方面。耐磨氧化鋁陶瓷襯磚、襯板、襯片，氧化鋁陶瓷釘，陶瓷密封件，氧化鋁陶瓷切削刀具，氧化鋁陶瓷柱塞等。電子、電力方面。各種氧化鋁陶瓷底板、基片、陶瓷膜、高壓鈉燈透明氧化鋁陶瓷以及各種氧化鋁陶瓷電絕緣瓷件等?；し矫?。氧化鋁陶瓷化工填料球，氧化鋁陶瓷微濾膜，氧化鋁陶瓷耐腐蝕涂層等。醫(yī)學(xué)方面。氧化鋁陶瓷人工骨，羥基磷灰石涂層多晶氧化鋁陶瓷人工牙齒、人工關(guān)節(jié)等。材料生產(chǎn)方面。球磨機(jī)用氧化鋁陶瓷襯磚、微晶耐磨氧化鋁球石，氧化鋁陶瓷輥棒、氧化鋁陶瓷保護(hù)管及各種氧化鋁質(zhì)、氧化鋁結(jié)合其他材質(zhì)耐火材料。其他方面。航空航天、珠寶加工、涂料、油漆、化妝品、食品、制藥等行業(yè)。1氧化鋁(Al2O3)結(jié)構(gòu)陶瓷-Al2O3：俗稱剛玉，三方柱狀晶體，晶體結(jié)構(gòu)中氧離子形成六方密堆，鋁離子在八面體中心；熔點(diǎn)高，硬度大，耐化學(xué)腐蝕，優(yōu)良的介電性，是氧化鋁各種型態(tài)中最穩(wěn)定的晶型，也是自然界中唯一存在的氧化鋁的晶型；用于制備結(jié)構(gòu)陶瓷、電介質(zhì)陶瓷。也可用于制備復(fù)合材料的最佳抗氧化晶須。

晶體結(jié)構(gòu)1氧化鋁(Al2O3)結(jié)構(gòu)陶瓷晶體結(jié)構(gòu)-Al2O3：

藍(lán)色的藍(lán)寶石，是由于其中混有少量鈦（Ti）和鐵（Fe）雜質(zhì)所致；紅色來自鉻(Cr)1氧化鋁(Al2O3)結(jié)構(gòu)陶瓷晶體結(jié)構(gòu)

-Al2O3：

γ-Al2O3屬立方晶系,尖晶石型結(jié)構(gòu)，氧離子形成立方密堆積，Al3+填充在間隙中。γ-Al2O3的密度小，且高溫下不穩(wěn)定，加熱到1100－1200℃時(shí)，緩慢轉(zhuǎn)變成α-Al2O3，到1450℃時(shí)這一過程才完成。伴隨著放熱32.8KJ/mol，體積收縮14.3%。由于γ-Al2O3是松散結(jié)構(gòu)，機(jī)電性能差，可以用它來做多孔材料。自然界沒有發(fā)現(xiàn)γ-Al2O3，它一般是由含水的Al2O3礦物（Al2O3·H2O或Al2O3·3H2O）經(jīng)加熱而成。1氧化鋁(Al2O3)結(jié)構(gòu)陶瓷-Al2O3：組成為Na2O·11Al2O3或CaO·6Al2O3，[NaO]-層、[Al11O12]+

類尖晶石單元交疊堆積，氧原子立方密堆，Na+包含于

C軸的松散堆積平面內(nèi)，是一種含堿金屬(或堿土金屬)的鋁酸鹽。Naβ-Al2O3

具有層狀結(jié)構(gòu)。在空氣或氫氣中1200℃便開始分解；Na+

能在層間遷移、擴(kuò)散和離子交換，在層間的方向具有較高的離子導(dǎo)電能力和松弛極化現(xiàn)象；沿C軸方向很小甚至無離子電導(dǎo)。良好離子導(dǎo)體，用作電池隔膜材料。晶體結(jié)構(gòu)1氧化鋁(Al2O3)結(jié)構(gòu)陶瓷1.1Al2O3結(jié)構(gòu)陶瓷的概念氧化鋁陶瓷以

-Al2O3為主晶相的結(jié)構(gòu)陶瓷。Al2O3

含量=75.0~99.9%單相Al2O3陶瓷組織單相Al2O3SEM形貌1氧化鋁(Al2O3)結(jié)構(gòu)陶瓷1.1Al2O3結(jié)構(gòu)陶瓷的概念依據(jù)配料中

-Al2O3的含量：75瓷：含75%Al2O3，又稱剛玉-莫來石瓷;85瓷，95瓷，99瓷(又稱剛玉瓷)。剛玉莫來石瓷件剛玉坩堝

1氧化鋁(Al2O3)結(jié)構(gòu)陶瓷1.1Al2O3結(jié)構(gòu)陶瓷的概念依據(jù)配料中

-Al2O3的含量：75瓷：含75%Al2O3又稱剛玉-莫來石瓷Al2O3—SiO2系相圖莫來石與方石英或鱗石英莫來石與剛玉1氧化鋁(Al2O3)結(jié)構(gòu)陶瓷1.2Al2O3結(jié)構(gòu)陶瓷的性質(zhì)Tm=20500C莫氏硬度：9膨脹系數(shù)（10-6/℃，20~100℃）：8.0，與金屬接近體積密度

v（g/cm3）

：3.70抗彎強(qiáng)度（MPa）：385抗張強(qiáng)度（MPa，1000℃）：245彈性模量（GPa）：>300比體積電阻（

cm/1000C

）：

>1014化學(xué)穩(wěn)定性良好什么是莫氏硬度？熔點(diǎn)高、硬度高、高絕緣、耐酸、耐堿、強(qiáng)度高、原料豐富。1氧化鋁(Al2O3)結(jié)構(gòu)陶瓷1.2Al2O3結(jié)構(gòu)陶瓷的性質(zhì)莫氏硬度：表示礦物硬度的一種標(biāo)準(zhǔn)。1812年由德國礦物學(xué)家莫斯(FrederichMohs)首先提出。應(yīng)用劃痕法將棱錐形金剛鉆針刻劃所試礦物的表面而發(fā)生劃痕，習(xí)慣上礦物學(xué)或?qū)毷瘜W(xué)上都是用莫氏硬度。用測得的劃痕的深度分十級(jí)來表示硬度：滑石1（硬度最小），石膏2，方解石3，螢石4，磷灰石5，正長石6，石英7，黃玉8，剛玉9，金剛石10。莫氏硬度并非絕對(duì)硬度值，而是按硬度的順序表示的值。僅為相對(duì)硬度，比較粗略。

(1872–1950)1氧化鋁(Al2O3)結(jié)構(gòu)陶瓷

結(jié)構(gòu)材料的性能對(duì)比體積密度

v（g/cm3）

：3.70抗彎強(qiáng)度（MPa）：385抗張強(qiáng)度（MPa，1000℃）：245彈性模量（GPa）：>300Al2O3結(jié)構(gòu)陶瓷1氧化鋁(Al2O3)結(jié)構(gòu)陶瓷1.3Al2O3結(jié)構(gòu)陶瓷的用途高強(qiáng)度，高硬度:

磨料磨具；紡織瓷件；刀具等Al2O3化工、耐磨陶瓷配件95瓷紡織件99瓷紡織件陶瓷刀具1氧化鋁(Al2O3)結(jié)構(gòu)陶瓷1.3Al2O3結(jié)構(gòu)陶瓷的用途耐高溫，化學(xué)穩(wěn)定性:鉑坩堝替代品催化劑載體航空及磁流體發(fā)電材料密封等（水泵、水暖閥芯、氣動(dòng)元件、化工、太陽能熱水器）Al2O3密封、氣動(dòng)陶瓷配件氧化鋁密封環(huán)氧化鋁耐高溫噴嘴1氧化鋁(Al2O3)結(jié)構(gòu)陶瓷1.3Al2O3結(jié)構(gòu)陶瓷的用途其他用途:致密的剛玉可用作電真空陶瓷；氧化鋁透明陶瓷高壓鈉燈的燈管、紅外光管的窗口等；多孔（氧孔率達(dá)90%）的氧化鋁陶瓷在1700~1750oC溫度范圍內(nèi)的優(yōu)良絕熱材料；剛玉瓷作為很前途的生物陶瓷材料，已被制成骨移植器件，人工關(guān)節(jié)，應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)；羥基磷灰石（HA）是一種活性陶瓷材料,由于其成份接近生物機(jī)體骨骼的無機(jī)成份、能誘發(fā)新骨生長、具有良好的生物相容性和生物活性等特點(diǎn),作為替代材料已廣泛應(yīng)用于人體硬組織的修復(fù)。剛玉陶瓷缺點(diǎn):脆性大，抗熱震性差，不能承受環(huán)境溫度的突然變化。1氧化鋁(Al2O3)結(jié)構(gòu)陶瓷1.3Al2O3結(jié)構(gòu)陶瓷的用途氧化鋁的主要用途及性能要求用途耐熱導(dǎo)熱電絕緣強(qiáng)度耐磨耐腐蝕火花塞★☆★☆×☆集成電路×★★★×▲絲軌×▲×☆★☆刀具▲☆×★☆▲爐芯管★☆☆☆×☆燒杯☆××☆×★注：★非常好；☆好；▲稍好；×不好。1氧化鋁(Al2O3)結(jié)構(gòu)陶瓷1.4Al2O3陶瓷粉體原料的制備與處理

1）制備Al2O3粉的原料：

鋁礬土（三水鋁石）Al2O33H2O

硬水鋁石Al2O3H2Oor-AlO(OH)

一水軟鋁石-AlO(OH)

2）生產(chǎn)方法(拜爾法)：

用NaOH溶液處理鋁礦石，得鋁酸鈉溶液：

Al2O3(1~3)H2O+2NaOH2NaAl(OH)4

過濾除去不溶性渣：

2NaAl(OH)4+H2O2NaOH+Al(OH)3

過濾、干燥、煅燒后成Al2O3，粒度1~15m1氧化鋁(Al2O3)結(jié)構(gòu)陶瓷1.4Al2O3陶瓷粉體原料的制備與處理

3）Al2O3超細(xì)粉的制備：

a硫酸鋁銨熱分解法：

①

液相中合成硫酸鋁銨

(NH4)SO4+Al2(SO4)2(NH4)SO4Al2(SO4)324H2O

②

多次重結(jié)晶提高純度

③

熱解法/溶液噴霧熱解法—-Al2O3細(xì)粉純度99.99%，粒度6~9nm(NH4)SO4Al2(SO4)324H2O2NH3+3SO3+Al2O3

④高溫灼燒—-Al2O3

-Al2O3(1050～1500℃范圍內(nèi))

條件：T=1200℃，粒度160~200nm

⑤

缺點(diǎn)：污染嚴(yán)重1氧化鋁(Al2O3)陶瓷1.4Al2O3陶瓷粉體原料的制備與處理b熱解碳酸鋁銨：(碳酸鋁銨熱解法制備超細(xì)Al2O3,《輕金屬》

2006年11期)

3(NH4)2CO3Al2(CO3)3nH2O

粉體粒度0.4~0.5m，純度99.99%

污染較輕，制備技術(shù)要求高c硝酸鋁+碳酸銨復(fù)分解法：

2Al(NO3)3+3(NH4)2CO3

2Al(OH)3+6NH4NO3+3CO2

控制：溶液pH=5.0，T=3010C

攪拌速度810r/min，反應(yīng)t=15min1氧化鋁(Al2O3)結(jié)構(gòu)陶瓷1.4Al2O3陶瓷粉體原料的制備與處理d溶膠-凝膠(sol-gel)法：

①以異丙醇鋁Al(OC3H7)3、甲苯、蒸餾水等為原料配制膠體溶液，得到溶膠(sol);

②溶膠(sol)→凝膠(gel)

③真空干燥，研磨

④煅燒：

400℃-Al2O31200℃粒徑長大~40nm，接近球形

-Al2O3呈團(tuán)聚狀態(tài)，粒度~200nm1氧化鋁(Al2O3)結(jié)構(gòu)陶瓷1.4Al2O3陶瓷粉體原料的制備與處理陶瓷高分子復(fù)合材料催化劑(載體)納米復(fù)合材料氣凝膠多孔玻璃無機(jī)鹽或金屬有機(jī)化合物＋溶劑＋催化劑＋水多孔陶瓷膜薄

膜溶

膠纖

維凝

膠多孔陶瓷致密陶瓷致密陶瓷玻璃高分子復(fù)合材料溶膠－凝膠法

主要原理：前驅(qū)物（前驅(qū)物用金屬醇鹽或非醇鹽）在一定條件下水解成溶膠，再制成凝膠，經(jīng)干燥、熱處理后制稱氧化物或其他化合物固體的方法。

1氧化鋁(Al2O3)結(jié)構(gòu)陶瓷1.4Al2O3陶瓷粉體原料的制備與處理e氣相沉積法(1)：惰性氣體中，金屬Al減壓蒸發(fā)(等離子體)—?dú)庀郃l原子

—聚集成超細(xì)粒子

—收集于冷凝器中

—氧化為陶瓷微粉e氣相沉積法(2)：

320-4500C醇鋁Al(OR)3蒸汽熱分解

Al2O3超細(xì)粉1氧化鋁(Al2O3)結(jié)構(gòu)陶瓷1.5Al2O3陶瓷粉體的預(yù)燒預(yù)燒目的：

-Al2O3

-Al2O3減少燒成收縮（14.3%)排除原料中的Na2O，提高純度1氧化鋁(Al2O3)結(jié)構(gòu)陶瓷1.5Al2O3陶瓷粉體的預(yù)燒預(yù)燒質(zhì)量的影響因素：

添加劑：H3BO3NH4FAlF30.3~3.0%

無添加劑：T=1600℃

H3BO3，T=1400-1450℃，t=2-3hNa2O+2H3BO3=Na2B2O4

+3H2O

NH4F，T=1250℃，t=1-2h

預(yù)燒溫度：過低

—不能完全轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

-Al2O3，電性能降低過高

—粉料燒結(jié)，不易粉碎，活性降低

1氧化鋁(Al2O3)結(jié)構(gòu)陶瓷1.6Al2O3結(jié)構(gòu)陶瓷的生產(chǎn)工藝流程原料煅燒磨料配料與混料塑化成型干燥修坯燒結(jié)表面處理性能檢測生產(chǎn)工藝－磨細(xì)球磨：濕磨效率較高；干磨外加油酸等外加劑1-3%，以防粘結(jié)，提高效率。剛玉瓷的要求：小于1微米的顆粒15-30%；大于4微米的顆粒含量控制在10%以內(nèi)。1氧化鋁(Al2O3)結(jié)構(gòu)陶瓷1.6Al2O3結(jié)構(gòu)陶瓷的生產(chǎn)工藝流程生產(chǎn)工藝－輔料目的及種類目的：(1)降低燒成溫度；(2)促進(jìn)燒結(jié)輔料的種類：（1）變價(jià)氧化物TiO2、Cr2O3、Fe2O3等晶格常數(shù)與Al2O3相近----與Al2O3生成固溶體;----變價(jià)使Al2O3產(chǎn)生缺陷，活化晶格，促進(jìn)燒結(jié);----加入0.5-1.0%TiO2，降低燒成溫度150-200℃，節(jié)約能源（2）高嶺土、SiO2、CaO、MgO等

----生成液相，降低燒成溫度，促進(jìn)燒結(jié)

----與其他外加劑生成二元、三元或更復(fù)雜的低共溶物1氧化鋁(Al2O3)結(jié)構(gòu)陶瓷1.6Al2O3結(jié)構(gòu)陶瓷的生產(chǎn)工藝流程燒成氣氛

Po2愈低愈有利于燒結(jié)—有利于燒結(jié)的順序：

（好）

Ar

H2

NH3

O2

N2

空氣（壞）對(duì)于晶粒長大的作用順序：

(小)

Ar

空氣

N2

O2

H2

NH3（大）氨氣和氫氣會(huì)加速氧化鋁的重結(jié)晶作用，不利于燒結(jié)。燒結(jié)方法為使Al2O3瓷完全燒結(jié)—熱壓燒結(jié)

~1000℃，制品接近理論密度否則，即使在1800℃，也很難完全燒結(jié)1氧化鋁(Al2O3)結(jié)構(gòu)陶瓷1.7Al2O3結(jié)構(gòu)陶瓷的組成、結(jié)構(gòu)、工藝與性能之間的關(guān)系影響氧化鋁陶瓷性能的因素粉體原料（主料和輔料）的化學(xué)組成與含量、形狀、大小、結(jié)合關(guān)系、晶體結(jié)構(gòu)類型與含量；（粉體制備技術(shù)）制備陶瓷的工藝制度和工藝設(shè)備；成型制度燒結(jié)制度冷加工技術(shù)陶瓷制品的顯微形貌、物相等。1氧化鋁(Al2O3)結(jié)構(gòu)陶瓷1.7Al2O3結(jié)構(gòu)陶瓷的組成、結(jié)構(gòu)、工藝與性能之間的關(guān)系氧化鋁含量與陶瓷性能Al2O3

含量（%）：75.0

99.5%體積密度

v（g/cm3）

：>3.203.70抗彎強(qiáng)度（N/m2）：1.96×108>2.74×108比體積電阻（

cm/100℃

）：>1012>10141氧化鋁(Al2O3)結(jié)構(gòu)陶瓷1.7Al2O3結(jié)構(gòu)陶瓷的組成、結(jié)構(gòu)、工藝與性能之間的關(guān)系思考：A:輔料（添加劑）對(duì)陶瓷燒結(jié)體結(jié)構(gòu)有怎樣的影響？添加0.1%CAS1氧化鋁(Al2O3)結(jié)構(gòu)陶瓷1.7Al2O3結(jié)構(gòu)陶瓷的組成、結(jié)構(gòu)、工藝與性能之間的關(guān)系思考：B:粉體粒度和添加劑（CaO-MgO-SiO2）如何影響氧化鋁陶瓷的致密度？1氧化鋁(Al2O3)結(jié)構(gòu)陶瓷1234140012001.62.02.42.83.23.64.0燒結(jié)溫度/℃燒結(jié)密度/(g/cm2)添加劑對(duì)氧化鋁燒結(jié)性能的影響1—不添加(O2中)；2—添加TiO21%(O2中)；3—添加MnO21%(O2中)；4—添加TiO21%(H2中)1氧化鋁(Al2O3)結(jié)構(gòu)陶瓷1.7Al2O3結(jié)構(gòu)陶瓷的組成、結(jié)構(gòu)、工藝與性能之間的關(guān)系思考：C:成形方式如何影響氧化鋁陶瓷的性能？一結(jié)構(gòu)陶瓷性能材料Si3N4SiC無壓燒結(jié)熱壓燒結(jié)反應(yīng)燒結(jié)無壓燒結(jié)熱壓燒結(jié)反應(yīng)燒結(jié)密度/(g/cm3)3.083.182.753.103.213.10分解溫度/℃190019001900270027002700一結(jié)構(gòu)陶瓷性能材料Si3N4SiC無壓燒結(jié)熱壓燒結(jié)反應(yīng)燒結(jié)無壓燒結(jié)熱壓燒結(jié)反應(yīng)燒結(jié)彈性模量/GPa230310160303440410斷裂韌性KIc/(MPa·m1/2)

5.35.63.62.44.44.6一結(jié)構(gòu)陶瓷性能材料Si3N4SiC無壓燒結(jié)熱壓燒結(jié)反應(yīng)燒結(jié)無壓燒結(jié)熱壓燒結(jié)反應(yīng)燒結(jié)熱膨脹系數(shù)α/(×10-7)3.33.283.04.34.84.3熱導(dǎo)率λ/[cal/(cm·s·℃)]0.070.0480.0480.140.190.16熱容/[cal/(g·℃)]0.190.170.190.20.200.2一結(jié)構(gòu)陶瓷性能材料Si3N4SiC無壓燒結(jié)熱壓燒結(jié)反應(yīng)燒結(jié)無壓燒結(jié)熱壓燒結(jié)反應(yīng)燒結(jié)熱沖擊抵抗參數(shù)(溫差ΔT)/K8608306203804403002氮化硅(Si3N4)結(jié)構(gòu)陶瓷2.1氮化硅的結(jié)構(gòu)α-Si3N4

顆粒狀晶體β-Si3N4

長柱狀或針狀晶體

相同點(diǎn)：兩者均同六方晶系，[SiN4]四面體共用頂角構(gòu)成的三維空間網(wǎng)絡(luò).不同點(diǎn)：β-Si3N4

比α-Si3N4

的對(duì)稱性高；

α-Si3N4相為低溫型，β-Si3N4

為高溫型穩(wěn)定性高2.2氮化硅的制備2氮化硅(Si3N4)結(jié)構(gòu)陶瓷(1)合成制造高強(qiáng)和高韌氮化硅制品要求粉末原料的

-Si3N4相含量高、粒度細(xì)。為避免制品有過多的晶界相而損害高溫性能，要求粉末有很高的純度。

Si3N42.2氮化硅的制備2氮化硅(Si3N4)結(jié)構(gòu)陶瓷氮化硅粉末主要合成方法：①工業(yè)硅直接氮化：3Si+2N2→Si3N4②二氧化硅還原和氮化:

3SiO2+6C+2N2→Si3N4+6CO③亞胺硅和氨基硅的熱分解:

3Si(NH)2→Si3N4+2NH3

3Si(NH2)4→Si3N4+8NH3

④鹵化硅或硅烷與氨的氣相反應(yīng):3SiH4+4NH3→Si3N4+12H23SiCl4+16NH3→Si3N4+12NH4Cl工業(yè)常用方法，價(jià)格昂貴且純度低。反應(yīng)速度比方法①快得多，純度可控，生產(chǎn)工藝不貴，已用于生產(chǎn)高強(qiáng)度氮化硅陶瓷在需要有相當(dāng)高純度的氮化硅薄膜時(shí)使用，不能用于大量生產(chǎn)2.2氮化硅的制備2氮化硅(Si3N4)結(jié)構(gòu)陶瓷(2)燒結(jié)工藝（及優(yōu)缺點(diǎn)）燒結(jié)工藝優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)1、反應(yīng)燒結(jié)（Si粉成型后高溫下氮化）燒結(jié)時(shí)幾乎沒有收縮，能得到復(fù)雜的形狀密度低，強(qiáng)度低，耐蝕性差2、熱壓燒結(jié)（單軸施壓同時(shí)進(jìn)行燒結(jié)）用較少的助劑就能致密化，強(qiáng)度、耐蝕性最好只能制造簡單形狀，燒結(jié)助劑使高溫強(qiáng)度降低3、常壓燒結(jié)能得到較高強(qiáng)度含助劑量多，高溫強(qiáng)度低4、其他：氮?dú)鈮毫Y(jié)，超高壓燒結(jié)2.2氮化硅的制備2氮化硅(Si3N4)結(jié)構(gòu)陶瓷(2)燒結(jié)工藝（及優(yōu)缺點(diǎn)）氣氛加壓燒結(jié)法是為了防止Si3N4的高溫分解而采用加大氮?dú)鈮毫Φ姆椒?。通常用幾十個(gè)MPa的N2，在高溫(2000℃)下快速燒結(jié)得到相當(dāng)致密的Si3N4制品。該法要爐子設(shè)備氣密性好，且經(jīng)得起高壓。2.2氮化硅的制備2氮化硅(Si3N4)結(jié)構(gòu)陶瓷高技術(shù)燒結(jié)氮化硅陶瓷Si3N4軸承2.2氮化硅的制備2氮化硅(Si3N4)結(jié)構(gòu)陶瓷氮化硅必須完全致密才能作為優(yōu)質(zhì)工程材料使用。為達(dá)到致密,常加入一定量燒結(jié)助劑起充填作用,常用助劑為MgO和Y2O3。燒結(jié)壓力低,所需燒結(jié)助劑量大。Y2O3/Al2O3

之比為1.9Y2O3/Al2O3

之比為0.22.3氮化硅結(jié)構(gòu)陶瓷的性能2氮化硅(Si3N4)結(jié)構(gòu)陶瓷(1)強(qiáng)度、比強(qiáng)度、比模量(彈性模量/密度)高反應(yīng)燒結(jié)氮化硅(Si3N4)室溫抗彎強(qiáng)度為200MPa,并可一直保持到1200~1350℃。

熱壓氮化硅(Si3N4)氣孔率接近于零，其室溫抗彎強(qiáng)度可達(dá)800~1000MPa，其比模量為11.9×104MPa,而鋼僅為2.8×104MPa。比模量是材料的模量與密度之比,是材料承載能力的一個(gè)重要指標(biāo).比模量越大,零件的剛性就愈大。2.3氮化硅結(jié)構(gòu)陶瓷的性能2氮化硅(Si3N4)結(jié)構(gòu)陶瓷(2)硬度與耐磨性

氮化硅(Si3N4)硬度很高，僅次于金剛石、碳化硼等幾種物質(zhì),氮化硅的摩擦系數(shù)僅為0.1~0.2，相當(dāng)于加油潤滑的金屬表面。

PropertiesSi3N4

Reaction

sinteredSi3N4

Hotpressed

sinteredSi3N4

Gaspressure

sinteredDensity(g/cm3)3.143.293.2Hardness(HV)170019001800FlexuralStrength(Mpa)700-750800-1000750Fracture

Toughness

(Mpam1/2)5-67-86-7Young’sModulus(Gpa)2703103002.3氮化硅結(jié)構(gòu)陶瓷的性能2氮化硅(Si3N4)結(jié)構(gòu)陶瓷(3)抗熱震性能抗熱震性能是指材料承受溫度急劇變化（即熱沖擊）而不失效的能力(抗熱震性R常用式R

K/E表示。式中:

為抗拉強(qiáng)度，K為導(dǎo)熱率,

為熱膨脹系數(shù)，E為彈性模量)。反應(yīng)燒結(jié)氮化硅熱膨脹系數(shù)僅為2.53×10-6/℃,其抗熱震性大大高于其他陶瓷材料。熱膨脹Si3N4熱沖擊Si3N42.3氮化硅結(jié)構(gòu)陶瓷的性能2氮化硅(Si3N4)結(jié)構(gòu)陶瓷(4)化學(xué)穩(wěn)定性高除熔融NaOH和HF外，能耐所有無機(jī)酸及某些堿溶液腐蝕?？寡趸瘻囟冗_(dá)1000℃。分解溫度約1900℃。H2SO460℃2.3氮化硅結(jié)構(gòu)陶瓷的性能2氮化硅(Si3N4)結(jié)構(gòu)陶瓷(5)反應(yīng)燒結(jié)氮化硅制品精度極高，燒結(jié)時(shí)尺寸變化僅為0.1~0.3%。含2%Y2O3、5%MgO的Si3N4組織隨時(shí)間的變化(1900℃、0.9MPaN2)2氮化硅(Si3N4)結(jié)構(gòu)陶瓷用于軸承材料的Si3N4和鋼性能參數(shù)對(duì)比PropertyCERBECM50440CSteelVacuumMeltAirMeltSi3N4Steel52100Steel52100SteelDensity(g/cc)3.27.67.87.87.8Hardness(Rc)>7864596262ElasticModulus(GPa)320190200210210Poisson'sRatio0.260.280.280.280.28ThermalExpansionCoefficient(10-6/C)(RTto800C)2.912.310.110.910.9MaxUseTemp?1000320180180180MaterialFatigueLife,WearResistance>100X10X0.8X5X1X2氮化硅(Si3N4)結(jié)構(gòu)陶瓷2.4氮化硅結(jié)構(gòu)陶瓷的用途

熱壓燒結(jié)氮化硅用于制造形狀簡單、精度要求不高的零件。如切削刀具、高溫軸承等。氮化硅刀具氮化硅刀具氮化硅刀片切削高硬高合金鑄鐵軸承2氮化硅(Si3N4)結(jié)構(gòu)陶瓷2.4氮化硅結(jié)構(gòu)陶瓷的用途反應(yīng)燒結(jié)氮化硅強(qiáng)度、韌性低于熱壓燒結(jié)氮化硅，多用于制造形狀復(fù)雜、尺寸精度要求高的零件。如泵的機(jī)械密封環(huán)(比其他陶瓷壽命高6~7倍)、熱電偶套管、泥沙泵零件等。氮化硅陶瓷件氮化硅陶瓷件氮化硅陶瓷件2氮化硅(Si3N4)結(jié)構(gòu)陶瓷2.4氮化硅結(jié)構(gòu)陶瓷的用途氮化硅還用于制造>1200℃的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)零件、坩堝、火箭噴嘴、核材料的支架和隔板等。氮化硅陶瓷轉(zhuǎn)子2氮化硅(Si3N4)結(jié)構(gòu)陶瓷2.4氮化硅結(jié)構(gòu)陶瓷的用途內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)零件3碳化硅(SiC)結(jié)構(gòu)陶瓷3.1碳化硅(SiC)的結(jié)構(gòu)碳化硅的結(jié)構(gòu)碳化硅有

-SiC和

-SiC兩種，是由SiC四面體以不同方式堆垛而成。一種是平行堆積，一種是反平行堆積。

-SiC為高溫穩(wěn)定相，呈六方結(jié)構(gòu)，

-SiC為低溫穩(wěn)定相，呈立方結(jié)構(gòu)。SiC四面體和六角層狀排列中四面體取向

平行反平行四面體SiCCCC3碳化硅(SiC)結(jié)構(gòu)陶瓷3.1碳化硅(SiC)的結(jié)構(gòu)(1000)面3碳化硅(SiC)結(jié)構(gòu)陶瓷3.2碳化硅(SiC)的生產(chǎn)工藝SiC是用石英沙(SiO2)加焦碳直接加熱至高溫還原而成：

SiO2+3C

SiC+2CO其他還有氣凝SiO2碳還原法、氣相合成法等。顏色有綠色和黑色,SiC含量愈高顏色愈淺，高純?yōu)闊o色。黑色碳化硅綠色碳化硅3碳化硅(SiC)結(jié)構(gòu)陶瓷3.2碳化硅(SiC)的生產(chǎn)工藝----燒結(jié)由于晶界能和表面能比值很高，加上SiC表面有一層薄氧化膜，因此碳化硅很難燒結(jié)。常壓燒結(jié)碳化硅陶瓷件通常采取一些特殊工藝手段和添加燒結(jié)助劑來促進(jìn)燒結(jié)。通常添加助劑有B、C、Al等。添加B和C可降低晶界能，用常壓燒結(jié)或熱壓燒結(jié)即可獲得高密度制品。Al對(duì)致密化過程的作用類似于B，但加B容易使晶粒反常長大，而Al卻有抑制晶粒長大的作用。3碳化硅(SiC)結(jié)構(gòu)陶瓷3.2碳化硅(SiC)的生產(chǎn)工藝----燒結(jié)除常壓燒結(jié)和熱壓燒結(jié)外,SiC還可

用反應(yīng)燒結(jié)法制造。反應(yīng)燒結(jié)是用

-SiC粉末與石墨粉混合成型后放入盛有硅粉的爐中加熱到1600~1700℃,使硅蒸汽滲入坯體與碳反應(yīng)生成

-SiC并將坯體中原有的

-SiC緊密結(jié)合在一起。這一方法的特點(diǎn)是燒結(jié)溫度比較低，

收縮率幾乎為零。反應(yīng)燒結(jié)SiC陶瓷件反應(yīng)燒結(jié)SiC組織3碳化硅(SiC)結(jié)構(gòu)陶瓷3.3碳化硅(SiC)陶瓷的性能特點(diǎn)碳化硅的最大特點(diǎn)是高溫強(qiáng)度高，在1400℃時(shí)抗彎強(qiáng)度仍保持在500~600MPa的較高水平。碳化硅有很好的耐磨損、耐腐蝕、抗蠕變性能，熱傳導(dǎo)能力很強(qiáng)，在陶瓷中僅次于氧化鈹陶瓷。H2SO4(96%)40℃SiC3碳化硅(SiC)結(jié)構(gòu)陶瓷3.3碳化硅(SiC)陶瓷的主要用途由于碳化硅陶瓷具有高溫高強(qiáng)度的特點(diǎn)，可用于制造火箭噴嘴、澆注金屬用的喉管、熱電偶套管、爐管、燃?xì)廨啓C(jī)葉片及軸承等。航天軸承3碳化硅(SiC)結(jié)構(gòu)陶瓷3.3碳化硅(SiC)陶瓷的主要用途由于碳化硅陶瓷具有高溫高強(qiáng)度的特點(diǎn)，可用于制造火箭噴嘴、澆注金屬用的喉管、熱電偶套管、爐管、燃?xì)廨啓C(jī)葉片及軸承等。2010-12-5美“太空戰(zhàn)機(jī)”返航美國“哥倫比亞”號(hào)航天飛機(jī)防熱瓦損壞，爆炸解體3碳化硅(SiC)結(jié)構(gòu)陶瓷3.3碳化硅(SiC)陶瓷的主要用途因其良好的耐磨性，可用于制造各種泵的密封圈、拉絲成型模具等。作為陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)材料的研究也在進(jìn)行。耐磨耐熱及半導(dǎo)體工業(yè)用SiC件SiC密封件一結(jié)構(gòu)陶瓷1氧化鋁(Al2O3)結(jié)構(gòu)陶瓷2氮化硅(Si3N4)結(jié)構(gòu)陶瓷

3碳化硅(SiC)/高溫結(jié)構(gòu)陶瓷4增韌氧化物結(jié)構(gòu)陶瓷5其他結(jié)構(gòu)陶瓷4增韌氧化物

結(jié)構(gòu)陶瓷ZrO2增韌氧化物是一類高溫結(jié)構(gòu)陶瓷,這類陶瓷中含有一定數(shù)量彌散分布的亞穩(wěn)狀態(tài)物質(zhì)。當(dāng)受到外力作用時(shí),這些物質(zhì)發(fā)生相變而吸收能量，使裂紋尖端的應(yīng)力場松弛，增加裂紋擴(kuò)展阻力，從而大幅度提高韌性。目前常用的相變物質(zhì)是四方相的氧化鋯。4增韌氧化物

結(jié)構(gòu)陶瓷原則上講，許多氧化物甚至非氧化物陶瓷都可用氧化鋯來增韌。但實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，只有兩個(gè)系統(tǒng)效果最好，即氧化鋯增韌氧化鋁和氧化鋯增韌氧化鋯,后者又稱部分穩(wěn)定氧化鋯（partiallystabilizedzirconia,PSZ）。ZrO2韌化Al2O3的組織(白色為ZrO2)部分穩(wěn)定氧化鋯的導(dǎo)熱率低(比Si3N4低4/5),絕熱性好;熱膨脹系數(shù)大，接近于發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的金屬，因而與金屬部件連接比較容易；抗彎強(qiáng)度與斷裂韌性高，除在常溫下使用外，已成為絕熱柴油機(jī)的主要侯選材料。4增韌氧化物

結(jié)構(gòu)陶瓷4.1部分穩(wěn)定氧化鋯及其顯微組織約1150℃約950℃單斜相ZrO2四方相ZrO22370℃立方相ZrO2單斜相ZrO2的理論密度為5.56g/cm3，四方相為6.09g/cm3，立方相為6.27g/cm3，因此當(dāng)單斜相ZrO2加熱到1100℃左右就會(huì)發(fā)生體積的突然收縮，同時(shí)變?yōu)樗姆较唷．?dāng)四方相ZrO2冷冷卻到950℃左右，就會(huì)變成單斜相，同時(shí)產(chǎn)生體積的突然膨脹。4增韌氧化物

結(jié)構(gòu)陶瓷4.1部分穩(wěn)定氧化鋯及其顯微組織4增韌氧化物

結(jié)構(gòu)陶瓷4.1部分穩(wěn)定氧化鋯及其顯微組織如果減少加入的氧化物數(shù)量，不使全部氧化物都呈穩(wěn)定的立方相，而使一部分以四方相的形式存在。由于這種含有四方相的材料只使一部分氧化鋯穩(wěn)定，所以稱部分穩(wěn)定氧化鋯(PSZ)。PSZ的顯微組織是在穩(wěn)定立方氧化鋯固溶體基體上彌散分布著細(xì)小的四方結(jié)構(gòu)的氧化鋯粒子。這種組織是通過淬火+時(shí)效處理獲得的。根據(jù)添加的氧化物不同,分別稱為Ca-PSZ、Mg-PSZ、Y-PSZ等。4增韌氧化物

結(jié)構(gòu)陶瓷4.1完全穩(wěn)定氧化鋯在氧化鋯中加入與其結(jié)構(gòu)近似的氧化物(如CaO、MgO、Y2O3、CeO、Se2O3

和其他稀土氧化物)在高溫下形成立方固溶體，快冷保持到室溫，這種固溶體不再發(fā)生相變，具有這種結(jié)構(gòu)的氧化鋯稱完全穩(wěn)定氧化鋯(fullystabilizedzirconia，F(xiàn)SZ)，其力學(xué)性能低，抗熱沖擊性很差，可用作電介質(zhì)器件或耐火材料。4增韌氧化物

結(jié)構(gòu)陶瓷4.1氧化鋯穩(wěn)定氧化鋯組織部分穩(wěn)定氧化鋯組織四方相PSZ的顯微組織是在穩(wěn)定立方氧化鋯固溶體基體上彌散分布著細(xì)小的四方結(jié)構(gòu)的氧化鋯粒子。4增韌氧化物

結(jié)構(gòu)陶瓷4.2應(yīng)力誘發(fā)相變對(duì)斷裂韌性的貢獻(xiàn)

氧化鋯中的四方相轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕嘞嘧兪邱R氏體相變,金屬的馬氏體相變特征可直接用于氧化鋯。這種相變可通過應(yīng)力誘發(fā)產(chǎn)生。單斜相四方相立方相4增韌氧化物

結(jié)構(gòu)陶瓷4.2應(yīng)力誘發(fā)相變對(duì)斷裂韌性的貢獻(xiàn)裂紋在Al2O3-ZrO2混合層中的彎折(層狀結(jié)構(gòu)經(jīng)電泳沉積產(chǎn)生)A-相變顆粒B-纖維C-其他裂紋4增韌氧化物

結(jié)構(gòu)陶瓷4.3幾種部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷4.3.1Mg-PSZMg-PSZ是將含MgO的ZrO2粉料成型后，在1700~1850℃(立方相單相區(qū))燒結(jié)，控制冷卻速度冷至四方+立方兩相區(qū)后等溫時(shí)效，或直接冷至室溫再進(jìn)行時(shí)效處理，使四方相從過飽和立方相中析出。Mg-PSZ的顯微組織4增韌氧化物

結(jié)構(gòu)陶瓷4.3幾種部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷4.3.1Mg-PSZMg-PSZ分為兩類。一類是1400~1500℃處理后得到的高強(qiáng)型Mg-PSZ，抗彎強(qiáng)度為800MPa，斷裂韌性為10MPa·m1/2。另一類是在1100℃處理得到的抗熱震型Mg-PSZ,強(qiáng)度為600MPa，斷裂韌性為8~15MPa·m1/2

。Mg-PSZ制品4增韌氧化物

結(jié)構(gòu)陶瓷4.3幾種部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷4.3.1Y-TZP四方多晶氧化鋯(tetragonalzirconiapolycrystalline，TZP)是PSZ的一個(gè)分支,它在四方單相區(qū)燒結(jié)，冷卻過程中不發(fā)生相變，室溫下保持全部或大部分四方相。Y-TZP的強(qiáng)度最高可達(dá)1200MPa，斷裂韌性可達(dá)10MPa·m1/2以上。Y-TPZ的抗折強(qiáng)度與Y2O3含量關(guān)系4增韌氧化物

結(jié)構(gòu)陶瓷4.3幾種部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷4.3.1Y-TZPY-TZP存在的主要問題是低溫長期時(shí)效后性能下降,如在230℃時(shí)效后強(qiáng)度由819MPa降到556MPa，這可能與表面受到化學(xué)腐蝕，使基體應(yīng)力松弛，導(dǎo)致四方相轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕嘤嘘P(guān)。Y-TZP醫(yī)用件4增韌氧化物

結(jié)構(gòu)陶瓷4.3幾種部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷4.3.1TZP-Al2O3復(fù)合陶瓷利用Al2O3的高彈性模量，可使Y-TZP晶粒細(xì)化、硬度提高、四方相含量增加、強(qiáng)度與韌性大大提高。用熱壓燒結(jié)制得的ZrO2-Al2O3復(fù)合陶瓷的強(qiáng)度達(dá)2400MPa，斷裂韌性達(dá)17MPa·m1/2

。Al2O3含量對(duì)Y-TZP抗彎強(qiáng)度影響TZP醫(yī)用制品4增韌氧化物

結(jié)構(gòu)陶瓷4.3幾種部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷4.3.1TZP-Al2O3復(fù)合陶瓷含20%Al2O3的Y-TZP抗彎強(qiáng)度隨溫度的變化Al2O3-ZrO2(Y2O3)成分對(duì)斷裂韌性的影響增韌氧化物陶瓷在高溫長時(shí)間作用下，或在腐蝕、溫度、應(yīng)力梯度聯(lián)合作用下的穩(wěn)定性是一個(gè)重要問題，將其用于熱機(jī)還有許多技術(shù)問題需待解決。4增韌氧化物

結(jié)構(gòu)陶瓷4.3幾種部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷4.3.1TZP-Al2O3復(fù)合陶瓷部分穩(wěn)定氧化鋯的導(dǎo)熱率低,絕熱性好;熱膨脹系數(shù)大，接近于發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的金屬，抗彎強(qiáng)度與斷裂韌性高，除在常溫下使用外，已成為絕熱柴油機(jī)的主要侯選材料，如發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸內(nèi)襯、推桿、活塞帽、閥座、凸輪、軸承等。增韌氧化鋯導(dǎo)輪芯軸部分穩(wěn)定氧化鋯制品增韌氧化鋯4增韌氧化物

結(jié)構(gòu)陶瓷4.3幾種部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷4.3.1氧化鋯制品氧化鋯制品氧化鋯球閥齒輪、泵零件部分穩(wěn)定氧化鋯噴涂層氧化鋯拉線輪熱障涂層5其他結(jié)構(gòu)陶瓷5.1納米陶瓷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。

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。英國材料學(xué)家Cahn指出納米陶瓷是解決陶瓷脆性的戰(zhàn)略途徑。5其他結(jié)構(gòu)陶瓷5.1納米陶瓷所謂納米陶瓷，就是晶體粒度在1nm~100nm范圍內(nèi)的陶瓷材料。這里有兩個(gè)要素：一、材質(zhì)上講應(yīng)是陶瓷的，而非金屬的或有機(jī)的。二、晶粒尺寸應(yīng)在1nm~100nm，嚴(yán)格說來，應(yīng)要求其內(nèi)部各種物相的顯微尺寸包括晶粒度、晶界寬度、第二相粒子以及缺陷尺寸都在納米尺度。5其他結(jié)構(gòu)陶瓷5.1納米陶瓷貼有納米陶瓷防爆貼膜的車納米陶瓷電極燈納米陶瓷手鏈納米陶瓷不粘鍋5其他結(jié)構(gòu)陶瓷5.1.1納米陶瓷的分類按形態(tài)的不同：

零維陶瓷材料即納米陶瓷粉

一維陶瓷材料即納米陶瓷纖維或納米陶瓷管

二維陶瓷材料即納米陶瓷膜

三維陶瓷材料即納米陶瓷塊材5其他結(jié)構(gòu)陶瓷5.1.1納米陶瓷的分類1）

零維納米陶瓷材料零維納米陶瓷材料即納米陶瓷顆粒，它們的集合就是納米陶瓷粉體。大多數(shù)納米粒子呈現(xiàn)為理想單晶。尺寸在60nm左右，也有非晶態(tài)或來亞穩(wěn)態(tài)的納米粒子。由于粒度在1nm~100nm之間，所以很多獨(dú)特的性質(zhì)。主要有量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等，并由此派生出傳統(tǒng)固體不具備的許多特殊性。5其他結(jié)構(gòu)陶瓷（1）小尺寸效應(yīng)當(dāng)超微粒子的尺寸與光波波長、德布羅意波長以及超導(dǎo)太的相干長度或透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時(shí)，周期性的邊界條件將被破壞，聲、電磁和熱力學(xué)等特性均會(huì)呈現(xiàn)新的尺寸效應(yīng)。例如：納米微粒尺寸小到一定臨界值時(shí)主超順磁狀態(tài)，α-鐵、四氧化三鐵和α-三氧化二鐵粒徑分別為5nm、16nm、20nm時(shí)變成超順磁體。（2）表面效應(yīng)

納米微粒尺寸小，表面積大，位于表面的原子占相當(dāng)大的比例。隨著粒徑減小，表面積急劇變大，引起表面原子數(shù)迅速增加，粒子活性隨之增加。1）

零維納米陶瓷材料5其他結(jié)構(gòu)陶瓷（3）量子尺寸效應(yīng)

當(dāng)粒子尺寸下降到最低時(shí)，費(fèi)米能級(jí)附近的電子能級(jí)發(fā)生了由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級(jí)的現(xiàn)象，即能級(jí)發(fā)生分裂。上述三個(gè)效應(yīng)是納米微粒與納米固體的基本特性。它使納米微粒和納米固體呈現(xiàn)出許多奇異的物理、化學(xué)性質(zhì)，出現(xiàn)了一些“反常現(xiàn)象”。如：金屬為導(dǎo)體，但納米金屬微粒在低溫下呈現(xiàn)絕緣性；當(dāng)粒徑為十幾納米時(shí)，氮化硅組成納米陶瓷時(shí)電阻變??；化學(xué)惰性的金屬鉑制成的納米微粒后即成為活性很高的催化劑。1）

零維納米陶瓷材料5其他結(jié)構(gòu)陶瓷零維納米陶瓷材料的應(yīng)用Fe2O3納米粒子表現(xiàn)出很好的電磁性能和化學(xué)活性，這類納米過渡金屬氧化物粒子，既可以作催化劑的活性成分，也可作為催化劑的載體使用。納米TiO2、ZrO2等是非常內(nèi)型的均相配位催化劑組分，它可以與許多配體配位，廣泛應(yīng)用于聚合反應(yīng)、有機(jī)合成、加氫反應(yīng)以及不對(duì)稱合成領(lǐng)域。引入ZrO2納米粒子作為F-T合成制取異丁烯的催化劑。在CO轉(zhuǎn)化率為10%左右時(shí)，異丁烯選擇性接近50%，在C4組分中其本沒有異丁烷，顯出較大潛力。納米陶瓷催化劑5其他結(jié)構(gòu)陶瓷納米粒子在藥物中的應(yīng)用磁性納米粒子表面涂覆分子，在外部再與蛋白相結(jié)合可以注入生物體中，這項(xiàng)技術(shù)目前尚在實(shí)驗(yàn)階段，已通過了動(dòng)物臨床實(shí)驗(yàn)。這種載體高分子和蛋白的磁性納米粒子作為藥物的載體，然后經(jīng)靜脈注射到動(dòng)物體內(nèi)，在外加磁場下通過納米粒子的磁性導(dǎo)航，使其移向病變部位，達(dá)到定向治療的目的。零維納米陶瓷材料的應(yīng)用5其他結(jié)構(gòu)陶瓷5.1.1納米陶瓷的分類2）

一維納米陶瓷材料所謂一維納米陶瓷材料即指材質(zhì)為陶瓷、徑向尺度（直徑或?qū)挾龋?00nm以下的棒（絲、管）狀材料。一維納米材料尺寸微小、量子限域影響顯著，而且表面原子份額很大。迄今為止，在所有一維納米陶瓷材料中，人們研究得最多、寄托希望最大的仍然是納米碳管（CNT）。（CNT）具有令人感興趣的電學(xué)特性，首先表現(xiàn)在其導(dǎo)電性和場發(fā)射特性兩方面。5其他結(jié)構(gòu)陶瓷5.1.1納米陶瓷的分類2）

一維納米陶瓷材料碳納米管白熾燈納米技術(shù)的超薄顯示屏5其他結(jié)構(gòu)陶瓷5.1.1納米陶瓷的分類2）

一維納米陶瓷材料碳納米管顯微結(jié)構(gòu)碳納米管立體結(jié)構(gòu)想像圖5其他結(jié)構(gòu)陶瓷5.1.1納米陶瓷的分類3）

二維納米陶瓷材料二維陶瓷材料主要指納米陶瓷薄膜，一般的共識(shí)是厚度在1~100nm的納米陶瓷薄膜。特殊性質(zhì)存在和薄膜涂層基體之間的界面效應(yīng)，如粘接性能，熱膨脹系數(shù)匹配與否。大量存在于薄膜中的晶界和缺陷，高晶界/晶粒體積比薄膜厚度方向的特異性，即陶瓷納米薄膜結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的各向異性特性。薄膜成核與生長機(jī)理問題。

多層薄膜問題。5其他結(jié)構(gòu)陶瓷3）

二維納米陶瓷材料陶瓷不粘鍋—被特富龍風(fēng)波逼出的世界冠軍盡管國家早有“不粘鍋無毒”的定論，但是屢屢困擾國內(nèi)炊具行業(yè)的“特富龍風(fēng)波”還是卷土重來。日前，美國環(huán)保署(EPA)下屬的科學(xué)顧問委員會(huì)專家小組達(dá)成共識(shí)，建議將生產(chǎn)“特富龍”等品牌不粘和防銹產(chǎn)品的關(guān)鍵化工原料—全氟辛酸銨及其鹽類(PFOA)分類為“可能致癌物”。消息一經(jīng)國內(nèi)媒體發(fā)布，即再度引起了業(yè)內(nèi)外的極大關(guān)注。5其他結(jié)構(gòu)陶瓷不粘鍋的需求—中國人的飲食習(xí)慣鍋的不粘性，主要體現(xiàn)在內(nèi)表面的自由能足夠低(液體一般用表面張力表示)，以達(dá)到疏油的效果。食用油的表面張力通常在26～28dyn/cm，要達(dá)到理想的疏油性，就要把鍋的內(nèi)表面的自由能處理到26dyn/cm以下。氟樹脂的表面張力通常是17～19dyn/cm，而且非常持久，目前在涂料中幾乎難有超越者。氟涂料耐溫可以達(dá)到260℃，基本能夠滿足烹飪的要求。陶瓷涂層的表面大多富含甲基官能團(tuán)，其表面張力通常是21～23dyn/cm，也有良好的不粘性，而且比含氟物質(zhì)更加安全。因此，相當(dāng)一部分無煙鍋企業(yè)也把無機(jī)陶瓷涂層作為主要的宣傳賣點(diǎn)之一。陶瓷涂層也可以減少油煙的產(chǎn)生。5其他結(jié)構(gòu)陶瓷其主要成分為Si硅、Al鋁、O氧等為典型的無機(jī)結(jié)構(gòu)，未檢出F氟存在。5其他結(jié)構(gòu)陶瓷5.1.1納米陶瓷的分類4）三維納米陶瓷材料三維納米陶瓷即納米陶瓷塊體材料。通常簡稱納米陶瓷，是指顯微結(jié)構(gòu)中的物相具有納米級(jí)尺度的陶瓷材料納米陶瓷與傳統(tǒng)陶瓷精細(xì)陶瓷相比，有許多特殊性能，對(duì)結(jié)構(gòu)陶瓷來說，最引人矚目的是超塑性，所謂超塑性是指材料在斷裂前產(chǎn)生大的伸長量。但納米粉體的巨大比表面能使它的燒結(jié)速率非?？欤Я３叽缭诙虝r(shí)間內(nèi)迅速長大，很難保持納米級(jí)的顯微結(jié)構(gòu)。所以制備出超塑性的納米陶瓷材料是非常困難的。5其他結(jié)構(gòu)陶瓷5.1.2納米陶瓷的制備第一種是由小變大，即先制成納米粉，在通過加壓、熱等靜壓、激光壓縮、微波和放電等離子等記法燒結(jié)成大塊納米材料。第二種是由大變小，即非晶化法，使大塊普通材料變成納米材料，或利用各種沉積技術(shù)獲得大塊納米材料。目前大多數(shù)采用第一種方式制備納米塊體材料，但工藝不大成熟，仍處于探索階段。塊體納米材料的制備方法主要有兩種5其他結(jié)構(gòu)陶瓷5.1.2納米陶瓷的制備干法成形：（1）連續(xù)加壓成形。第一次加壓導(dǎo)致軟團(tuán)聚體的破碎。第二次加壓導(dǎo)致顆粒的重排，使顆粒之間很好的接觸。（2）脈沖電磁力成形。（3）超高壓成形。納米陶瓷的成形濕法成形：（1）凝膠成形。（2）注漿成形。（3）直接凝固注模成形。但都處于開發(fā)研究階段，5其他結(jié)構(gòu)陶瓷5.1.2納米陶瓷的制備納米陶瓷燒結(jié)過程將直接影響到納米陶瓷的性能。為了獲得尺寸較小的陶瓷，一般通過下面兩種方法減小燒結(jié)體的平均晶粒尺寸：一是降低燒結(jié)溫度；二是縮短燒結(jié)時(shí)間。納米陶瓷的燒結(jié)5其他結(jié)構(gòu)陶瓷5.2口腔陶瓷硬度高耐磨性好化學(xué)性能穩(wěn)定生物性能好著色性能好廣泛應(yīng)用于口腔領(lǐng)域烤瓷及金屬烤瓷鑄造陶瓷種植陶瓷陶瓷牙5其他結(jié)構(gòu)陶瓷5.2口腔陶瓷5.2.1口腔陶瓷材料主要物理性能口腔陶瓷材料是熱的絕緣體，熱脹系數(shù)與牙體接近。但口腔陶瓷材料在燒結(jié)制作過程中，存在較大的體積收縮而影響修復(fù)體的精度，需采取必要的措施，如燒結(jié)前盡量除去水份、振蕩、壓縮成型，以及真空燒結(jié)等防止或減小其收縮。5其他結(jié)構(gòu)陶瓷5.2口腔陶瓷5.2.2口腔陶瓷材料機(jī)械性能口腔陶瓷材料是一種脆性材料5.2.3口腔陶瓷材料化學(xué)性能口腔陶瓷是口腔材料中化學(xué)性能最穩(wěn)定的材料，均可耐受許多化學(xué)物質(zhì)的作用而不發(fā)生變化，長期在口腔環(huán)境條件下，對(duì)各種食物、飲料、唾液、體液、微生物及其酶的作用，不會(huì)產(chǎn)生變質(zhì)、變性。5其他結(jié)構(gòu)陶瓷5.2口腔陶瓷5.2.4口腔陶瓷材料生物性能5.2.5口腔陶瓷材料審美性能由于口腔陶瓷材料的著色性能好，表面光澤度高，又具有透明和半透明性，能恢復(fù)牙體組織的天然色彩?？谇惶沾刹牧暇哂休^好的生物學(xué)性能，在口腔內(nèi)使用安全、無毒。特別是生物陶瓷，更應(yīng)具有生物相容性。5其他結(jié)構(gòu)陶瓷5.2口腔陶瓷5其他結(jié)構(gòu)陶瓷5.3金屬陶瓷5.3.1概念、性能及用途一種由金屬或合金同一種或幾種陶瓷相組成的非均質(zhì)復(fù)合材料,其中后者約占15%~85%,同時(shí),在制備溫度下,金屬和陶瓷相間溶解度是很小的。(1)金屬或合金+1種以上陶瓷。(2)非均質(zhì)復(fù)合材料。(3)陶瓷占15%~85%。(4)制備溫度下，兩相間的溶解度很小。5其他結(jié)構(gòu)陶瓷5.3金屬陶瓷5.3.1概念、性能及用途因金屬陶瓷的抗疲勞強(qiáng)度和抗腐蝕性能高于鋼和高溫合金材料被廣泛應(yīng)用于航空、精密儀器、機(jī)械、工模具、電子、能源工程、生物陶瓷等領(lǐng)域。5其他結(jié)構(gòu)陶瓷5.3金屬陶瓷5.3.2鈦系金屬陶瓷1)碳化鈦(TiC)概念：TiC+TiN、Ni、Co、Mo…復(fù)合。應(yīng)用：取代傳統(tǒng)的WC+Co系硬質(zhì)合金。原因：鎢(W)、鈷(Co)是稀有的戰(zhàn)略資源。我國曾是鎢大國，但上世紀(jì)80年代中期以來，鎢資源逐漸枯竭，用TiC取代WC成為必然趨勢。5其他結(jié)構(gòu)陶瓷性能：顯微硬度\Gpa密度\g/cm3熔點(diǎn)\℃TiC2.85~3.204.91~4.933250WC1.7315.5~15.726001)碳化鈦(TiC)5其他結(jié)構(gòu)陶瓷5.3金屬陶瓷5.3.2鈦系金屬陶瓷2)氮化鈦(TiN)性能：高熔點(diǎn)、高導(dǎo)電性、高硬度、高化學(xué)穩(wěn)定性，有金黃色外觀和較低摩擦系數(shù)。應(yīng)用：耐熱材料、耐磨密封材料、電極材料、刀具材料、觸頭材料、各種仿黃金裝飾品等加入氮化鈦可提高金屬和陶瓷材料的塑性變形阻力，抑制熱裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，強(qiáng)化抗熱沖擊性能，延長使用壽命，現(xiàn)主要用于刀、模具中。特別是在碳化鈦系列硬質(zhì)合金生產(chǎn)中，用氮化鈦取代鈷作粘結(jié)劑具有很高的軔性，其成本卻大大低于鈷。5其他結(jié)構(gòu)陶瓷5.3金屬陶瓷5.3.2鈦系金屬陶瓷2)氮化鈦(TiN)鈦金首飾，將氮化鈦薄膜鍍在金屬表面，以假亂真氮化鈦圓鋸片5其他結(jié)構(gòu)陶瓷5.3金屬陶瓷5.3.2鈦系金屬陶瓷3)碳氮化鈦(Ti(C，N))性能：TiC和TiN相互形成的無限固溶體。同樣具有高熔點(diǎn)、高導(dǎo)電性、高硬度、高化學(xué)穩(wěn)定性。主要應(yīng)用：(1)刀、模具。(2)強(qiáng)化各種金屬材料。生產(chǎn)方法：(1)氫化鈦或鈦粉直接碳氮化。質(zhì)量高，原料昂貴，產(chǎn)品結(jié)塊嚴(yán)重。(2)等離子體氣氛下高溫碳氮化四氯化鈦。質(zhì)量高，產(chǎn)率太低，難以商品化。(3)碳熱還原法：以二氧化鈦、碳為原料，在氮?dú)饣驓鍤饣蛘婵諝夥铡⒏邷兀?500℃~2100℃）還原制取碳氮化鈦。原料廉價(jià)，工藝簡單，氣氛復(fù)雜，制備溫度高。5其他結(jié)構(gòu)陶瓷5.3金屬陶瓷5.3.3釩系金屬陶瓷碳化釩（VC）和碳氮化釩（V（C,N））性能：顯微硬度\Gpa密度\g/cm3熔點(diǎn)\℃VC2.095.482830VN-----6.042050~2320

5其他結(jié)構(gòu)陶瓷5.3金屬陶瓷5.3.3釩系金屬陶瓷1)碳化釩（VC）在鎢資源枯竭的形勢下：硬質(zhì)合金行業(yè)從以下兩方面入手：（1）發(fā)展鈦基金屬陶瓷代替WC基硬質(zhì)合金。（2）盡可能提高現(xiàn)有WC基硬質(zhì)合金的使用效果，降低鎢的消耗。VC在這兩方面的優(yōu)點(diǎn)：

在WC基硬質(zhì)合金中，VC是最佳的晶粒長大抑制劑，細(xì)化WC晶粒，從而提高WC基硬質(zhì)合金的使用壽命。

在TiC基硬質(zhì)合金中，能導(dǎo)致最強(qiáng)鍵上共價(jià)電子數(shù)n增加，和Cr3C2配合，能有效提高金屬陶瓷的抗彎強(qiáng)度和細(xì)化晶粒。5其他結(jié)構(gòu)陶瓷5.3金屬陶瓷5.3.3釩系金屬陶瓷2)碳氮化釩（V（C,N））性能:VC和VN相互形成的無限固溶體。主要應(yīng)用：強(qiáng)化各種金屬材料，特別是強(qiáng)化鋼鐵材料。與使用釩鐵相比，VC和V(C，N)有如下優(yōu)點(diǎn)：①能更有效地強(qiáng)化和細(xì)化晶粒；②減少釩的加入量，成本降低；③有利釩和氮的利用；④純度高；⑤粒度均勻并便于包裝。VC和V(C，N)的生產(chǎn)過程無污染，V回收率高(