第一篇：陶瓷实践论文
温度对烧结(Zn0.6,Mg0.4)TiO3介质陶瓷的影响
摘要：通过采用普通电子陶瓷烧结工艺合成(Zn0.6,Mg0.4)TiO3介质陶瓷，并对其径向收缩率及表观密度进行测定，从而得出烧结(Zn0.6,Mg0.4)TiO3介质陶瓷的最佳温度为1100℃。
关键词：介质陶瓷
径向收缩率
表观温度
0引言
近年来，随着移动通讯和卫星的迅猛发展，对新型高性能微波介电材料的需求急剧增加【1~3】。适用于微波频段的介电材料体系很多，钛铁矿就是重要的一种。钛铁矿MTiO3（M=Zn2+，Mg2+ 等）结构实际上是一种有序型刚玉结构。这种结构和α-Al2O3一样，氧离子按六方密堆排列，不同的是2个Al3+为M2+和Ti4+取代。这种特殊结构使其在微波频段具有优良的介电性能【4~6】。钛酸锌是一种重要的钛铁矿微波介电材料，曾被作为催化剂、颜料、脱硫剂等使用【7~9】。
本试验中我们利用ZnO和TiO2原料以及一般烧结工艺制备六方钛铁矿ZnTiO3微波陶瓷，由于Mg2+（0.66Ǻ）相对Zn2+（0.74 Ǻ）较小的离子半径使其很容易取代锌位，（Zn，Mg）TiO3钛铁矿固溶体应很容易生成，故使用MgO对其进行参杂改性，并且（Zn，Mg）TiO3波钛铁矿固溶体应很容易生成【10】
。本文中我们重点研究Zn/Mg为6/4时钛酸锌镁瓷体六方钛铁矿在不同温度下的收缩性及表观密度，从而确定最佳烧结温度。另外，本试验采用普通电子陶瓷烧结工艺制备出了具有纯六方钛铁矿结构的微波介电材料基体（Zn0.6,Mg0.4)TiO3。试验与测试
陶瓷制备通常分为配料与备料、成型、烧结三方面。配料是根据材料的设计化学组成，选择所需的化学原料，进行配方的计算，然后按照计算的结果，进行称料，来满足材料设计的要求，备料是在配料之后，把各种原料进行研磨混合，已达到均匀分布与细化颗粒的目的，同时一般加入一些塑化剂，以便原料具有可加工性；成型是将陶瓷粉料加入塑化剂制成坯料并进一步加工成特定形状的坯体的过程，是实现产品结构、形状、性能设计的关键步骤之一，主要有三种方式：干法成型、塑法成型、流法成型；烧结是粉末冶金、陶瓷、耐火材料、超高温材料等领域的一个重要工序，它是一种或多种固体粉末经过成型，通过加热，是粉末产生颗粒粘结，在经过物质迁移是粉末体收缩，在低于熔点温度下变成致密、坚硬烧结体的过程。
本实验采用普通电子陶瓷烧结工艺，将分析纯的ZnO（99.0%），MgO（98.0%），TiO2（99.0%）按照摩尔比ZnO：MgO：TiO2=6:4:10进行配料，在行星式球磨机中以料球水比为1:0.7:0.9的比例进行球磨混料4h（玛瑙球，水介质），湿料在110℃的烘箱中烘干后，在900℃预烧并保温2h，升温过程中10℃/min。预烧粉体经PVA造粒，干压成型（15MPa）制成圆片，在560℃除去粘结剂。然后将圆片置于耐高温陶瓷片上，选取1000℃、1100℃、1200℃、1250℃4个温度下烧结4h，升温速度10℃/min，在900℃保温2h。
用精度为0.02mm的游标卡尺测量烧结前后圆片的直径及厚度，并用精度为0.01g的天平进行称量其烧结前后的质量。表观密度和径向收缩率分别由下式求得：
其中：m为烧结后陶瓷圆片的质量（g）；为烧结后陶瓷圆片的厚度（mm）；d为烧结后陶瓷圆片的直径（mm）；
为陶瓷坯体的直径（mm）。
3结果与分析
通过计算，我们得到如下表的数据，表明随温度升高，表观密度和径向收缩率均先增大后减小，由图可知，最佳温度为1100℃，在最佳温度时，径向收缩率为0.004214g/mm3，表观密度为17.62558%。
表1 不同温度下坯体的径向收缩率及表观密度数据 Tab.1 Different temperature given photo-cell and radial shrinkage and apparent density data 温度（℃）1000 1100 1200 1250
径向收缩率（%）
16.62252 17.62558 14.12139 15.64665
表观密度（g/mm3）
0.004101 0.004214 0.003861 0.003884
0.004250.004200.004150.0041018 密 收度缩率'Y2 收缩率16Y1 密度0.004050.004000.003950.003900.***001***14X 温度
图1 温度、密度及收缩率之间的关系
Fig.1 Temperature shrinkage, density and the relationship between them 4结论
本次试验，我们得到最佳温度为1100℃，在最佳温度时，径向收缩率为0.004214g/mm3，表观密度为17.62558%。
参考文献
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第二篇：陶瓷论文
姓名：王刚 学号：PB11203289
陶瓷制作与鉴赏
——陶瓷课的一点心得体会
这学期有幸能够上王祥老师的《陶瓷艺术鉴赏与制作》，在学习过程中王老师教了我们许多关于陶瓷的知识，特别是关于歌窑的故事更加令我着迷；其实对我来说最大的乐趣应该就是去陶艺中心实践了吧，能够把自己脑袋里想的东西做出来绝对是一件很有成就感的事。下面我将从陶瓷的制作和鉴赏两方面来谈谈我的收获。
一般一件陶瓷作品要经过九个步骤才能成型。第一是练泥。从矿区采取瓷石，先以人工用铁锤敲碎至鸡蛋大小的块状,再利用水碓舂打成粉状，淘洗，除去杂质，沉淀后制成砖状的泥块。然后再用水调和泥块，去掉渣质，用双手搓揉，或用脚踩踏，把泥团中的空气挤压出来，并使泥中的水分均匀。第二是拉坯。将泥团摔掷在辘轳车的转盘中心，随手法的屈伸收放拉制出坯体的大致模样。拉坯是成型的第一道工序。拉坯成型首先要熟悉泥料的收缩率。第三是印坯。印模的外形是按坯体内形弧线旋削而成的，将晾至半干的坯覆在模种上，均匀按拍坯体外壁，然后脱模。第四个是利坯：将坯覆放于辘轳车的利桶上，转动车盘，用刀旋削，使坯体厚度适当，表里光洁，这是一道技术要求很高的工序。利坯,也称“修坯”或“旋坯”,是最后确定器物形状的关键环节,并使器物表面光洁、形体连贯、规整一致。利坯工不仅需要熟悉泥料性能,而且要熟练掌握造型的曲线变化和烧成时各部位的收缩比,以及各部分留泥的厚薄程度。一般来说,在同一器物的不同部位,坯体厚度各不相同,因为不同部位在高温烧成时的收缩率和受力情况不一致,因而利坯时应控制不同部位的泥坯厚度,以防止其烧造时变形。利坯时对于坯体厚薄程度的控制及其识别方法,是掌握利坯技术和确保利坯质量的关键。按一般经验,测定坯体厚薄是以手指上下抚摸并轻轻弹叩,听其不同部位的响声。坯体较厚者,弹之发出“咯咯”之声,修至中等厚度时则发出“咚咚”之声;高档瓷坯体修至适当薄度时,弹之则发出“卟卟”的脆声。第五是晒坯。将加工成型后的坯摆放在木架上晾晒。第六步是刻花：用竹、骨或铁制的刀具在已干的坯体上刻画出花纹。第七步是施釉。普通圆器采用醮釉或荡釉。琢器或大型圆器用吹釉。大部分陶瓷制品均需经施釉后才能进窑烧造。施釉工艺看似简单,却是极为重要和较难掌握的一道工序。要做到坯体各部分的釉层均匀一致,厚薄适当,还要关注到各种釉的不同流动性,实在不是件容易的事。第八步是烧窑。首先把陶瓷制品装入匣钵，匣是陶瓷制品焙烧的容器,以耐火材料制成,作用是防止瓷坯与窑火直接接触,避免污染,尤其对白瓷烧造最为有利。烧窑时间过程约一昼夜，温度在1300度左右。最后一步是彩绘：釉上彩如五彩、粉彩等，是在已烧成瓷的釉面上描绘纹样、填彩，再入红炉以低温烧烘，温度约700—800度。
我们在陶艺中心是直接从拉坯开始的，使用的陶土都是老师认真加工后的。刚开始由于眼高手低做出来的作品都不好，后来我从最基本的形状做起，然后在上面加一些装饰，因为我们在电视上看到工人师傅们很容易就做出各种形状，但我们应该知道这些工人师傅已经有很多经验了，我们是初学者应该从最简单的做起。虽说如此还是有几名同学做的作品非常成功，让人羡慕。我们作品经过晒坯后用朱红色和藏青色上了色，最后上了釉。我在老师的帮助下做了几个作品，虽然不完美，但还是挺有成就感的。
我们谈完制作后再谈谈陶瓷的鉴赏。中国陶瓷，历史悠久，品种繁多，它是我国历代文化的结晶。喜爱古陶瓷艺术品的人不少，但是懂得鉴定的人却为数不多。因为，古陶瓷鉴定是一门综合的技术，要掌握它，需要下一番功夫。例如，要鉴定一件陶瓷古董的真假，首先要对中国几千年各地陶瓷的生产有所了解，才能从胎质、釉色、造型、纹饰、款识甚至重量等方面入手，作出准确的判断。对初学者来说，如能潜心钻研，循序渐进，掌握一些古陶瓷的鉴别方法是完全可以做得到的。为此我结合老师上课讲的内容和收集的资料做了一个小总结。
第一个方法是观胎辨釉也就是根据各期陶瓷胎质、釉色的特点来判断。一般来说，从胎质、釉色可以看出其年代和窑口。例如，距今4000年前的商周时代的青釉瓷器，又称原始青瓷，是青瓷的低级阶段，其胎为灰白色和灰褐色，胎质坚硬，瓷化程度较高；其釉色青，釉层较薄，厚薄不均。又如，五代时的釉色为天青色。这种釉釉色莹润，施釉较薄，青中闪着淡淡的蓝色。永乐时期白釉最负盛名，釉质肥厚，润如堆脂，纯白似玉，釉面光净晶莹；胎色纯白，胎质细腻，并且有厚薄不均现象。如在强光下透视可以看到胎釉呈一种粉红、肉红或虾红色的倾向。这一特征，是其它瓷器中所没有的。明代宣德年间，与明永乐年间时间虽近，但瓷胎釉色却迥然不同。同一器皿，永乐胎厚，宣德胎薄。宣德时大件琢器底部多无釉，露胎处常有红色点，俗称“火石红斑”，还有铁锈斑点。清代康熙时瓷器的胎釉，胎色细白，胎质纯净，细腻坚硬，与各朝代的同一器皿相比，它的胎体最重。此外，这一时期的同一件器，往往施两种白釉，器内、口缘、器外底施粉白釉，其釉较稀薄，往往见有小缩釉现象；底部还现有坯胎中旋纹痕迹。器身施亮青釉，其釉莹润光亮，胎釉结合极坚密。一件器皿施两种釉，是清代康熙年间生产的瓷器的最大特点。掌握好各朝陶瓷瓷胎、色釉的主要特点，是我们鉴别古陶瓷的年代和窑口的可靠的依据。
第二个方法是观察造型即 从各朝代陶瓷的造型去判断。陶瓷鉴定，造型是一个重要依据。它有明显的时代性，直接反映出不同社会时期人们的审美观。不同的造型，打着鲜明的时代的印记。因此，认识、熟记各个时代器物的造型，是非常重要的，例如，拿起一把“鸡头壶”，我们应该知道这种壶是三国、两晋、南北朝的产物。说起“宫式碗”，则应该知道是明正德年间产品的一种造型。如果是“观音尊”、“棒槌瓶”、“花觚”、“太白缸”、“柳叶瓶”等等，这些都应是清代康熙时期生产的器物。所以说，型制对古陶瓷鉴定是非常重要的.第三个方法是辨别款识即从历代陶瓷的款识来判别。款识也叫年款，是在一件瓷器的器皿底中央、器皿心里，身的中部或口缘等部位，书写上某某皇帝的年号，如“大明成化年制”等字样，以表示年记。除了记年款，还有殿名款（如体和殿）、堂名款（如中和堂，这是康熙皇帝在圆明园居住过的殿堂）、齐名款、轩名款、赞誉款、吉祥款、陶工款、供养款、干支款（如康熙辛亥中和堂制）、花样款（如白兔、双鱼、折枝花朵等），等等。这些都称为款识，是表示某个朝代生产的器物。
总的来说，我觉得从陶艺制作课上收获很多，也感悟到一些事情，尤其是做任何事情都要心静，不能太急躁，否则往往会欲速则不达。回忆起创作和收获的那份快乐和满足，就会很开心和激动不已。感谢此次指导我学习的王老师，牺牲自己的创作时间来为我们指导，作为一个大四毕业班的学生对于能修这门课程深感荣幸，此次陶艺制作课是我大学以来最快乐的公选课经历！
第三篇：陶瓷论文
关于中国陶瓷的论文
班级：光电21班（120121）学生：张湛（120121121）
摘要：选修课上老师仔细为我们讲解了有关陶瓷的知识，各种各样美丽的陶瓷以及它背后的文化背景深深印在我的心里。中国是“陶瓷的故乡”，陶瓷就是中国的象征。一部中国陶瓷史就是一部形象的中国历史和民族文化史。陶瓷，是中华民族重要的核心文化之一，我们有责任有义务加以重视并予以弘扬。
一． 陶瓷简介
陶瓷是陶器与瓷器的总称陶瓷，中国人早在约公元前8000－2000年（新石器时代）就发明了陶器。陶瓷材料大多是氧化物、氮化物、硼化物和碳化物等。常见的陶瓷材料有粘土、氧化铝、高岭土等。陶瓷材料一般硬度较高，但可塑性较差。除了在食器、装饰的使用上，在科学、技术的发展中亦扮演重要角色。陶瓷,是人类在生存空间中最早出现的几种艺术形式之一。从初始的以实用为目的,渐渐随着技术的进步而增加了美学的功能,使其成为集实用和欣赏为一体的工艺美术品,最终,陶瓷又摆脱了实用的初衷,成为完全意义上的欣赏品 二． 陶瓷的发展史
陶瓷的产生和发展，实际上是同人们的生活和生产实践紧密相连的。大约在70万年以前的原始时代，人们就发现，将泥巴晾干后加火一烧就变得坚硬起来，而且可以做成各种形状用来盛水，放食物等等，这便是陶器产生的初始。陶器的发明是人类文明的重要进程，它揭开了人类利用自然、改造自然、与自然做斗争的新的一页，具有重大的历史意义，是人类生产发展史上的一个里程碑。下面具体分析陶瓷的发展史。
1：夏、商、周朝时期的陶瓷文化
商朝殷虚的遗址中挖出的陶片、陶罐包括很多种款式，有灰陶、黑陶、红陶、彩陶、白陶，以及带釉的硬陶，这些陶器上的纹饰、符号、文字与殷商时代的甲骨文和青器有密切的关系。青器的成本高只能为贵族享用，广大民众的各种生活器皿只能采用陶器。因此可以了解商代制陶工艺也得到普遍的发展，带釉的硬陶在这个时期已经出现了，釉色青绿而带褐黄，胎质比较硬，呈灰白色。陶器在此时已经不在局限於盛物器皿，应用范围较广，大略可分为日用品类、建筑类、殉葬类、祭祀礼器类。朝廷对於制陶工作也很重视。
2：秦汉时期陶瓷文化
秦汉-古代的建筑多采用木料来架构，不易久存，所以一些伟大的建筑，如秦代的阿房宫和汉代的未央宫，都无法完整保存下来，但仍可在残存的废墟中发现瓦当及汉砖等遗物，藉以略窥古代建筑的规模。
3：隋唐朝时期的陶瓷文化
西元五百八十九年，杨坚篡北周并南陈，统一中原，改国号为隋，隋的朝代虽短，但在瓷器烧制上，却有了新的突破，不但有青瓷烧造，白瓷也有很好的发展，另外此时在装饰手法上也有了创新，如在器物上另外的泥片—贴花，就是一例。
4：唐朝时期的陶瓷文化
到了唐代，瓷器制作可为以蜕变到成熟的境界，而跨入真正的瓷器时代。因为陶与瓷的分野，在乎质白坚硬或半透明，而最大的关键在于火烧温度。汉代虽有瓷器，但温度不高，质地脆弱只能算是原瓷，而发展到唐代，不但釉药发展成熟，火烧温度能达到摄氏一千度以上，所以我们说唐代是真正进入瓷器的时代。唐代最著名的窑为越窑与邢窑。5：元朝时期陶瓷文化
元代入主中原九十一年，瓷业较宋代为衰落，然而这时期也有新的发展，如青花和釉里红的兴起，彩瓷大量的流行，白瓷成为瓷器的主流，釉色白泛青，带动以後明清两代的瓷器发展，得到很高的成就。6：明朝时期陶瓷文化
我国的陶艺发展到了明代又进入一个新的旅程，明代以前的瓷器以青瓷为主，而明代之後以白瓷为主特别是青花、五彩成明代白瓷的主要产品，而景德镇更成为主要的窑厂，规模最大，一直延续明清两代五、六百年而不衰，描写当时盛况为「昼间白烟掩空，夜间红焰烧天」。明代开始，窑址都趋於集中在景德镇，无论官窑或民窑都偏向於彩绘瓷器，宋瓷前都以单色釉为主，而明代後走入了彩绘世界，瓷胎也趋向薄、细、白的求，在坯身上记住款式也从此开始，年代、堂号、人名都有，使研究考据有更确实的辨认。
7：清朝时期陶瓷文化
清朝中国瓷器可谓登峰造极。数千年的经验，加上景德镇的天然原料，督陶官的管理，清朝初年的康熙、雍正、乾隆三代，因政治安定，经济繁荣，皇帝重视，瓷器的成就也非常卓越，皇帝的爱好与提倡，使得清初的瓷器制作技术高超，装饰精细华美，成就不凡，是悠久的中国陶瓷史上最光耀灿烂。从上述陶瓷在各个时期的发展历程看，它是辉煌的，璀璨的。美来自于生活，制陶者正是从表现生活的角度，有寓意地，间接表现了人的思想和感情，或直接描绘了现实生活的风俗和风貌。举一个具体的例子，秦汉时期也是我国陶瓷发展史上的一个重要时期。秦代陶俑以其完美的艺术形式，生动逼真的神态，深刻揭示了各种人物的内心世界，不仅表明了我雕塑艺术现实主义传统的久远和我国古代制陶水平之高，并且还为世人展示了中华民族深沉雄大的民族风格。然而昔日的璀璨在今天已经不复存在，在这个灯红酒绿的社会，在这个日新月异的时代，占据着主流的已经不是这些寓意丰富的古典。许多窑址遭到了破坏，许多陶瓷无人问津。这是当今陶瓷面临的一个困境，作为大学生的我们面对这样一个现象是不是应该深思，我们应何去何从？象征中国的陶瓷应该何去何从？ 三． 现代陶瓷。
现代陶瓷，又称精细陶瓷、特种陶瓷或高性陶瓷，按其应用功能分类，大体可分为高强度、耐高温和复合结构陶瓷及电工电子功能陶瓷两大类。在陶瓷坯料中加入特别配方的无机材料，经过1360度左右高温烧结成型，从而获得稳定可靠的防静电性能，成为一种新型特种陶瓷，通常具有一种或多种功能，如：电、磁、光、热、声、化学、生物等功能；以及耦合功能，如压电、热电、电光、声光、磁光等功能。四．中国瓷器的鉴赏
一般来说，年代越早的瓷器越是古朴。看瓷器的外表，还有几个特征：永乐年间制作的瓷器的底部中央大多是外凸内凹，底圈的边比较宽；明朝中期的瓷器腹中部有明显的接痕，眼看手摸都感觉得到；清代以后，采用了旋削对接方法，消除了这条接痕，因此我们可以通过有没有这条线来断定是清代初期还是清代后期的作品，以及分辨真伪品。瓷器上的釉彩，永乐、宣德青花用的是进口的青料，色泽浓翠，自然晕散而有黑疵铁斑。成化青料主要采用江西乐平的“平等青”，成色典雅素静，清丽明快。嘉靖、万历青料几乎都采用回青料，成色浓艳，蓝中略泛紫色。清代康熙青料基本上使用浙江料，成色鲜蓝青翠，明艳净丽，层次分明，甚至在一笔中分出深浅浓淡的笔韵。而雍正的青花以仿永、宣浓翠晕散为主，由于采用国产青料，青花的晕散和黑斑只能用笔点染而成。
在元代之前，瓷器上很少有落款年份的字样，从明代开始，特别是官窑制作出来的瓷器很时兴落年款，因此是哪一朝代制造的，就可以一目了然。不同时代，落款的方法、笔法，甚至部位都有所不同。因此在瓷器上多加观察非常的必要。——2012年11月13日
第四篇：陶瓷论文
陶瓷材料概述
注：（这个表头你参照一下其他人的，我不清楚是不是这样写）
学生姓名：
某某某
学
院：
某某某学院
专业年级：
2009级金属材料*班
题
目：
陶瓷材料概论
指导教师：
某某某
日期
：
摘要：
本文介绍了陶瓷材料的发展历史，并根据陶瓷材料的不同特性及用途对其进行了较为准确的分类，并对各类陶瓷的应用进行了概述。并从陶瓷的晶体结构、陶瓷的成型与烧结、陶瓷的韧化等几个方面详细的介绍了陶瓷材料。通过对陶瓷特性及应用领域的总结，对陶瓷材料未来的发展作出了新的展望，揭示了陶瓷材料的应用方向及发展趋势。
关键字：陶瓷材料 结构 成型 烧结 前景
前言：
陶瓷材料在人类生活和现代化建设中是不可缺少的一种材料。它是继金属材料，非金属材料之后人们所关注的无机非金属材料中最重要的材料之一。它兼有金属材料和高分子材料的共同优点，在不断改性的过程中，已经使它的易碎性有了很大的改善。陶瓷材料按其性能及用途可分为两大类：结构陶瓷和功能陶瓷。现代先进陶瓷的性能稳定、高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀、耐酸耐碱、耐磨损、抗氧化以及良好的光学性能、声学性能、电磁性能、敏感性等性能远优于金属材料和高分子材料；而且，先进陶瓷是根据所要求的产品性能，经过严格的成分和生产工艺制造出来的高性能材料，因此可用于高温和腐蚀介质的环境当中，是现代材料科学发展最活跃的领域之一。
陶瓷材料在日常生活及工业生产中有着十分重要的作用。陶瓷又可分为结构陶瓷和功能陶瓷，结构陶瓷具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀以及质量轻、导热性能好等优点;功能陶瓷在力学、电学、热学、磁光学和其它方面具有一些特殊的功能，使陶瓷在各个方面得到了广泛应用[1]。但陶瓷存在脆性(裂纹)、均匀性差、韧性和强度较差等缺陷，因而使其应用受到了一定的限制。
但随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生。纳米陶瓷粉体是介于固体与分子之间的具有纳米尺寸(1～100 nm)的亚稳态中间物质。随着粉体的超细化，其表面电子结构和晶体结构发生变化，使得材料的强度、韧性和超塑性大幅度提高，克服了工程陶瓷的许多不足，并对材料的力学、电学、热学、磁学、光学等性能产生重要影响，从而为工程陶瓷的应用开拓了新领域。
一、陶瓷的结构
陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。可用作结构材料、刀具材料，由于陶瓷还具有某些特殊的性能，又可作为功能材料。
陶瓷材料多相多晶材料，一般由晶相，玻璃相和气相组成。其显微结构是由原料，组成和制造工艺所决定的。晶相是陶瓷材料的主要组成相，是化合物或或固溶体。陶瓷中的晶相主要有硅酸盐，氧化物和非氧化物三种。玻璃相是一种低熔点的非晶态固相。它的作用是连接晶相，填充晶相间的间隙，提高致密度，降低烧结温度，抑制晶粒长大等。玻璃相的组成随着胚料组成，分散度，烧结时间以及炉内气氛的不同而变化。玻璃相会降低陶瓷的强度，耐热耐火性和绝缘性。气相是指陶瓷孔隙中的气体。陶瓷的性能受气孔的含量，形状，分布等的影响。气孔会降低陶瓷的强度，增大介电损耗，降低绝缘性，降低致密度，提高绝热性和抗震性。对功能陶瓷的光，电，磁等性能也会有影响。
氧化物陶瓷:氧化物陶瓷材料的原子结合以离子键为主，存在部分共价键，因此具有许多优良的性能。大部分氧化物具有很高的熔点，良好的电绝缘性能，特别是具有优异的化学稳定性和抗氧化性，在上程领域已得到了较广泛的应用。例如：氧化铝陶瓷: A1203为主晶相。根据A1203含量和添加剂的不同，有不同系列。如根据A1203含量不同可分为75瓷，85瓷，95瓷，99瓷等;根据其主晶相的不同可分为莫来石瓷、刚玉-莫来瓷和刚玉瓷;根据添加剂的不同又分为铬刚玉、钛刚玉等。
氮化物陶瓷
氮化物包括非金属和金属元素氮化物，他们是高熔点物质。氮化物陶瓷的种类很多，但都不是天然矿物，而是人工合成的。日前工业上应用较多的氮化物陶瓷有氮化硅(Si3N4)、氮化硼、氮化铝、氮化钛等。
例如：氮化硅陶瓷:Si3N4陶瓷材料的热膨胀系数小，因此具有较好的抗热震性能;在陶瓷材料中，Si3N4的弯曲强度比较高，硬度也很高，Si3N4陶瓷耐氢氟酸以外的所有无机酸和某些碱液的腐蚀，;高温氧化时材料表面形成的氧化硅膜可以阻碍进一步氧化，抗执化温度达1800℃。
玻璃陶瓷材料
将特定组成(含晶核剂)的玻璃进行晶化热处理，在玻璃内部均匀析出大量微小晶体并进一步长大，形成致密微晶相，玻璃相填充于晶界，得到像陶瓷一样的多晶固体材料统称为玻璃陶瓷，也称之为微晶玻璃。
低膨胀玻璃陶瓷
这类玻璃陶瓷的特点是其显微组织为架状硅酸盐，主晶相分别为β一石英、β一钾辉石、β一钾霞石，具有热膨胀系数低(可为负值)、强度高、热稳定性能好、使用温度高等特点，并可制成透明和浊白两种类型。
表面可强化玻璃陶瓷
玻璃陶瓷的强度比一般玻璃要大好几倍，抗弯强度可达到88-250MPa，但在某些特殊场合仍然不能满足要求，需要进一步提高强度。
二、陶瓷粉体制备
纳米陶瓷粉体的制备是纳米陶瓷材料制备的基础，现在已发展了多种纳米陶瓷粉体的制备方法。
1、物理制备方法
物理制备方法主要是高能机械球粉碎法：
机械粉碎法：冲击式粉碎、球磨粉碎、行星式研磨、振动粉碎等。
2、化学制备方法
气相合成:在惰性气氛中,蒸发的单体凝结成原子团。一般是先建立单体群,靠与冷惰性气体原子碰撞来冷却单体,靠单体累加或原子团间的碰撞使原子团生长。这种合成法对制备纳米陶瓷粉有下列优点:a)增强了低温下的可烧结性,这主要是由于高的驱动力和短的扩散距离所致。b)有相对高的纯净性和高的表面及晶粒边界纯度。c)这类方法相对来说较为简单,易于达到高速率生产。
炉源法:它是用以建立单体的最简单技术,原料在坩埚中经加热直接蒸发生气态,以产生悬浮微粒或烟雾状原子团。越接近源,小原子团的尺寸越均匀;远离源,原子团变大,其粒径分布变宽。离开蒸发源到一定距离时,原子团达到极限粒径该特征距离值取决于惰性气体的压强和源的蒸发速率。原子团极限粒径将随蒸发速率的加大和惰性气体原子量的增大而增加。原子团的平均粒径可由改变蒸发速率以及蒸发室内的惰性气体的压强来控制,粒径可小至3~4nm。粒径分布显示对数正态分布,这种分布表明团—团聚结的特征。在惰性气体中,加一种强制对流的气流,可降低原子团粒径的平均值,其粒径分布宽度亦趋窄。对高蒸气压的样品,可用升华代替蒸发。例如MgO,在200Pa的He压中,加热到接近于1600℃(MgO的熔点为2850℃)。经升华后,发现是缺氧的,但可将它暴露在引入真空室的氧气氛下,而最终使其转化成符合化学计量比的MgO。
炉源法可制备氧化物陶瓷粉。如要制备TiO2,可在He中蒸发金属Ti来获得,先制取松散的金属粉,然后由引入到小室的氧气进行氧化,典型的氧压为2kPa。实验证明,惰性气体气压的控制不仅影响颗粒大小,有时也影响形成材料的物相。
用加热生成单体,技术简单,但其局限性也很明显,故只有少数几种陶瓷材料如TiO2、CaF2等用该方法来制备纳米粉。热解法:是指采用高温先使反应剂气体的气相分解,再产生所要组分原子的饱和蒸气。热解主要有两种:激光热解和火焰热解。
激光热解是将一种用惰性气体为载体的流动的反应剂气体用激光快速加热,实现快速的,反应剂气体的气相分解。当分解物被载流气体的原子(分子)碰撞而达到淬冷后,原子团进行成核和生长。这种技术被广泛用于合成Si3N4、SiC、Al2O3等纳米陶瓷粉。对制取非金属化合物,靠将乙烯加入气体混合物以产生碳化物;靠将NH3加入以产生氮化物。激光热解优点是可连续加工,可用激光功率和反应剂流率来控制产率。
另一种是火焰热解,这是一种挥发性化合物如TiCl4或SiCl4在氢—氧焰中的反应,它导致生成弥散度较高的氧化物团,用于制取Al2O3、SiO2、Bi2O3、ZrO2和TiO2等。这种技术的主要优点是高纯、具有化学可变性,以及有合成混合氧化物的可能。
2.1凝聚相合成:主要有下列三种方法。
离子性材料中的分解和沉淀反应:已被用于产生纳米团,例如Mg(OH)2和MgCO3的分解产生具有大约2nm直径的MgO分子团。
Sol-gel法(溶胶—凝胶法):被用在各类系统中产生小于10nm的SiO2、Al2O3和TiO2纳米团。要获得纳米结构,可引入具有最终平衡相结晶陶瓷的先驱物作为籽晶,进行催化成核,在基体中引入晶核的目的是为了降低形成所需相的成核能。要制备包含一个或多个高蒸气压组分的化学计量比化合物,遇到一定的困难。如要制备(BaPb)TiO3,严重的问题就是由于高蒸气压组分铅的损失,而该困难可由sol-gel法避免,与其它高温方法比,该方法是在低温下进行的。
三、陶瓷的成型与烧结
陶瓷的主要制备工艺过程包括坯料制备、成型和烧结。其生产工艺过程可简单地表示为：坯料制备、成型、干燥、烧结、后处理、成品。制备：通过机械或物理或化学方法制备坯料，在制备坯料时，要控制坯料粉的粒度、形状、纯度及脱水脱气，以及配料比例和混料均匀等质量要求。按不同的成型工艺要求，坯料可以是粉料、浆料或可塑泥团；成型：将坯料用一定工具或模具制成一定形状、尺寸、密度和强度的制品坯型（亦称生坯）；烧结：生坯经初步干燥后，进行涂釉烧结或直接烧结。高温烧结时，陶瓷内部会发生一系列物理化学变化及相变，如体积减小，密度增加，强度、硬度提高，晶粒发生相变等，使陶瓷制品达到所要求的物理性能和力学性能。
烧结是指成型后的坯体在低于熔点的高温作用下、通过坯体间颗粒相互粘结和物质传递，气孔排除，体积收缩，强度提高、逐渐变成具有一定的几何形状和坚固烧结体的致密化过程。
1.成型工艺
是陶瓷材料制备过程的重要环节之一,在很大程度上影响着材料的微观组织结构,决定了产品的性能、应用和价格。过去,陶瓷材料学家比较重视烧结工艺,而成型工艺一直是个薄弱环节,不被人们所重视。现在,人们已经逐渐认识到在陶瓷材料的制备工艺过程中,除了烧结过程之外,成型过程也是一个重要环节。在成型过程中形成的某些缺陷(如不均匀性等)仅靠烧结工艺的改进是难以克服的，成型工艺已经成为制备高性能陶瓷材料部件的关键技术,它对提高陶瓷材料的均匀性、重复性和成品率,降低陶瓷制造成本具有十分重要的意义。下面简单介绍了陶瓷成型方法的发展及技术特点。
成型方法： 1.1 胶态浇注成型
胶态浇注成型是将具有流动性的浆料制成可自我支撑形状的一种成型方法。该法利用浆料的流动性,使物料干燥并固化后得到一定形状的成型体。主要包括以下几种方法: ① 注浆成型 ② 流延成型 ③ 注凝成型
④ 直接凝固注模成型 ⑤ 胶态振动注模成型 ⑥ 温度诱导絮凝成型 1.2 流延成型
流延成型是制备层状陶瓷薄膜的一种成型方法。这种成型方法可以制作厚度小于0.05mm的薄膜，能制备电容器、热敏电阻、铁氧体和压电陶瓷坯体，特别有利于生产混合集成电路基片等制品。1.3 离心沉积成型
离心沉积成型,是一种制备板状、层状纳米多层复合材料的方法。其原理是不同的浆料依次在离心力的作用下一层层地均匀沉积成一个整体也可利用颗粒大小或质量的不同沉积出各层不同性质的材料。采用离心沉积成型层状材料具有以下特点通过沉积不同的材料,可以改善材料的韧性沉积的各层可以是电、磁、光性质的结合,具有多功能性可以制成各向异性的新型材料。
1.4 电泳沉积成型
电泳沉积成型是利用直流电场促使带电颗粒发生迁移, 进而沉积到极性相反的电极上而成型。沉积过程中在电泳迁移的作用下颗粒间的距离缩短,吸引力起主要作用,浆料的稳定分散性开始失去,粉体颗粒逐渐沉积到电极上。分为颗粒电泳迁移和颗粒在电极上放电沉积两个相继的过程,为了使颗粒能单独沉淀到电极上而不受其他带电颗粒的影响,需要陶瓷浆料具有很好的分散性。
1.5 注射成型
陶瓷注射成型是利用高分子聚合物在高温下熔融、低温下凝固的特性进行成型的,成型之后再把高聚物脱除。注射成型的优点是能生产形状复杂的产品,并且具有很高的产品尺寸精度和均匀的显微结构、机加工量少、表面光滑,适合自动化和大规模生产,因而颇受人们的重视[6]。缺点是模具设计加工成本和有机物脱脂过程的成本较高。最近国内外研究注射成形主要是围绕此类问题进行,其进展主要有：
1)水溶液注射成形 2)气体辅助注射成形。1.6 无模成型
随着电子计算机技术的迅猛发展,借助计算机直接加工制造各种复杂形状产品的技术取得了长足进步。90年代初H.Marcus等人提出固体无模成型制造(solid freeform fabrication)新思路。该技术直接利用计算机CAD设计,将复杂的三维立体构件经计算机软件分割切片处理,形成计算机可执行的像素单元文件,再通过计算机控制的外部设备,将要成型的陶瓷粉体(或陶瓷坯带)快速形成(或切割成)实际的像素单元,将一个一个单元叠加即可直接成型出所需要的三维立体构件。另外还有“自反应喷射成型”“ 注射成型”等。2.陶瓷的烧结
陶瓷的烧结是坯体在高温下致密化过程和现象的总称。
随着温度升高，陶瓷坯体中具有比表面大，表面能较高的粉粒，力图向降低表面能的方向变化，不断进行物质迁移，晶界随之移动，气孔逐步排除，产生收缩，使坯体成为具有一定强度的致密的瓷体。
烧结的推动力为表面能。烧结可分为有液相参加的烧结和纯固相烧结两类。烧结过程对陶瓷生产具有很重要的意义。为降低烧结温度，扩大烧成范围，通常加入一些添加物作助熔剂，形成少量液相，促进烧结。如添加少量二氧化硅促进钛酸钡陶瓷烧结；又如添加少量氧化镁、氧化钙、二氧化硅促进氧化铝陶瓷烧结。
主要烧结方法有以下几种：按传质分类： 固相烧结（只有固相传质）液相烧结（出现液相）气相烧结（蒸汽压较高）
按压力分类：常压烧结、压力烧结
按气氛分类：普通烧结、氢气烧结、真空烧结 按反应分类： 固相烧结 液相烧结 气相烧结 活化烧结 反应烧结
特种烧结包括：热压烧结、反应热压烧结、热等静压烧结、微波烧结、超高压烧结、真空（加压）烧结、气氛烧结（气压烧结）、原位加压成型烧结法
四、纳米陶瓷材料
陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。可用作结构材料、刀具材料，由于陶瓷还具有某些特殊的性能，又可作为功能材料。但是传统陶瓷材料存在脆性(裂纹)、均匀性差、韧性和强度较差等缺陷。为了在使得陶瓷材料的强度、韧度和超塑性大幅度提高，引进了纳米技术。
在原有工作的基础上,人们认识到,材料的性能和它的晶粒尺寸关系极为密切,诸如强度、蠕变、硬度、电学性能、光学性能等,无一不与晶粒尺寸成一定的指数关系。纳米陶瓷是80年代中期发展起来的先进材料。由于它是界于宏观物质和微观原子、分子的中间研究领域,它的出现开拓了人们认识物质世界的新层次,对材料的工艺,制备科学,以至整个材料科学带来了新的研究内涵。虽然,电子显微镜,包括扫描电子显微镜和透射电子显微镜以及高分辨电镜和分析电镜等现代表征技术的发展,使人们能进入到纳米量级(10-9m)线度上来研究纳米陶瓷中晶界的化学组分及显微结构,但由纳米材料所引起的诸如超微粉体学,烧结动力学,各种掺入纯物质的纳米陶瓷的显微结构以及由此引起的物理性能的变化,都是当今研究陶瓷的热门话题,还有待于人们进一步的研究。
五、陶瓷材料的发展前景
近几十年来，陶瓷材料的应用及发展是非常迅速的，陶瓷材料作为继金属材料、高分子材料后最有潜力的发展材料之一，它在各方面的综合性能明显优于现在使用的金属材料和高分子材料。陶瓷材料的应用前景还是相当广阔的，尤其是能源、信息、空间技术和计算机技术的快速发展，更加拉动了具有特殊性能材料的应用。先进陶瓷材料的制备技术日新月异，世界科学技术的发展令人瞩目，展望未来，纳米陶瓷材料的发展已经取得惊人的成绩，有了重大突破。相信在不久的将来，陶瓷材料会有更好、更快的发展，展示出其重要的应用价值。
六、结论
陶瓷材料作为材料业的三大支柱之一，在日常生活及工业生产中起着举足轻重的作用。纳米陶瓷作为一种新型高性能陶瓷，是近年发展起来的一门全新的科学技术，它将成为新世纪最重要的高新技术，将越来越受到世界各国科学家的关注。纳米陶瓷的研究与发展必将引起陶瓷工业的发展与变革，以及引起陶瓷学理论上的发展乃至建立新理论体系，以适应纳米尺度的研究需要，使纳米陶瓷材料具有更佳的性能，以致使新的性能、功能的出现成为可能。
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6、高濂，李尉.纳米陶瓷，化学工艺出版社，2002
第五篇：纳米陶瓷论文
纳米陶瓷概论
说到陶瓷,在许多人的印象中,是一种坚硬易碎的物体,缺乏韧性,缺乏塑性。它是一个多少带有模糊概念的术语。许多陶瓷学家把陶瓷看成是用无机非金属化合物粉体,经高温烧结而成,以多晶聚集体为主的固态物。这一定义虽同时指出了材料的制备特征和结构特征,但却把玻璃、搪瓷、金属陶瓷等摒除在外。所以,在许多场合,陶瓷(ceramic)泛指一切经高温处理而获得的无机非金属材料。
1、陶瓷的发展历史
陶瓷是人类最早利用自然界提供的原料制造而成的材料。旧石器时代,人们就发现经火煅烧过的粘土,其硬度和强度都大大提高,而且不再被水瓦解。于是,就有了利用粘土的可塑性,将其加工成所需的形状,然后用火烧制成的陶器。随着金属冶炼术的发展,人类掌握了通过鼓风机提高燃烧温度的技术,并且发现,有一些经高温烧制的陶器,由于局部熔化变得更加致密坚硬,完全改变了陶器多孔,透水的缺点。经过长期的摸索和经验积累,以粘土,石英,长石等矿物原料配制而成的瓷器出现了。
从陶器发展到瓷器,是陶瓷发展过程中的一次重大飞跃。这种传统的瓷器,从结构上来看,是由玻璃相结合在一起的、由许多微小的晶粒构成的物体。
随着科学技术的高速发展,人们迫切需要大量强度很高,绝缘性能良好的陶瓷材料。此时,人们发现,尽管陶瓷中的玻璃相使陶瓷变得坚硬、致密,然而它却妨碍了陶瓷强度的提高。同时,玻璃相也是陶瓷绝缘性能,特别是高频绝缘性能不好的根源。于是,玻璃相含量比传统陶瓷低的一些强度高,性能好的材料不断涌现。现在,许多科学与技术方面使用的高性能陶瓷(High performance Ceramics)都是几乎不含有玻璃相的结晶态陶瓷。为了有别于传统陶瓷,称之为先进陶瓷(Advanced Ceramics)或高技术陶瓷(High Tech Ceramics);有时也称为精细陶瓷(Fine Ceramics)或工程陶瓷(Engineering Ceramics)。
从传统陶瓷到先进陶瓷,是陶瓷发展过程中的第二次重大飞跃。两者的区别
在于,在原材料、制备工艺、显微结构等方面存在相当的差别或侧重。传统陶瓷多数采用天然矿物原料,或经过处理的天然原料;而先进陶瓷则多数采用合成的化学原料,有时甚至是经特殊工艺合成的化学原料。传统陶瓷的制备工艺比较稳定,其侧重点在效率,质量控制等方面,对材料显微结构的要求并不十分严格;而先进陶瓷则必须在粉体的制备,成型烧结方面采取许多特殊的措施,并控制材料显微结构。
近年来,先进陶瓷在材料和制备技术方面的研究都取得了很大的进展,特别是把陶瓷的制备、组成、结构和性能联系起来进行。综合研究的结果使陶瓷学家认识到,陶瓷的显微结构有着举足轻重的作用。即使化学组成完全相同,采用不同的制备工艺技术,有时甚至只有很微小的差别便可能导致显微结构发生很明显的变化,材料的性能常常相差非常大。相当长一段时期中,人们主要依靠显微技术,借助于金相学发展起来的研究方法,在微米量级(10-6m)的线度上,对陶瓷的晶粒,晶界等显微结构进行研究,发现,晶界以及与晶界有联系的在不同层次上的缺陷,如气孔,裂纹,位错等对陶瓷力学性质和电学性质影响非常大。目前,绝大部分先进陶瓷的晶粒大小约为1~10μm,如果晶粒的线度能够降到0·01~0·1μm(10~100 nm),这时,晶粒中将有10%~30%左右的原子处在晶粒的表面,即晶界上。此时,晶粒和晶界的区别,晶粒内原子排列严格有序的结晶状态和晶界区域原子排列无序的非晶状态之间的差别都变得模糊了。这就已经不是传统意义上的陶瓷了,而是一种崭新的陶瓷,我们称它为纳米陶瓷(Nanoscopic Ceramics)。从先进陶瓷发展到纳米陶瓷是陶瓷发展过程中的第三次飞跃。纳米陶瓷将给人们提供更新更好的材料。
2、纳米陶瓷
2.1、纳米陶瓷
在原有工作的基础上,人们认识到,材料的性能和它的晶粒尺寸关系极为密切,诸如强度、蠕变、硬度、电学性能、光学性能等,无一不与晶粒尺寸成一定的指数关系。以正方形的晶粒密堆积计算,当晶界相的厚度约为晶粒长度的45%时,两者的体积相当,晶界相的厚度是有限度的,一般为数个纳米,这意味着晶粒尺寸减小时,晶界相的相对体积增加,晶界相占整个体积的比例增大,晶界相的作用对整个性能的影响更为显著。由于界面原子排列的无序状态,界面原子键合的不饱和
性都将引起材料物理性能上的变更,故当晶粒尺寸小到一定程度时,某些性能将会发生突变。如:由于晶粒尺寸的减小将使材料的力学性能有数量级的提高,同时,由于晶界数量的大大增加,使可能分布于晶界处的第二相物质的数量减小,晶界变薄使晶界物质对材料性能的负影响减少到最低程度;晶粒的细化使材料不易造成穿晶断裂,有利于提高材料的断裂韧性;并且将有助于晶粒间的滑移,使材料具有塑性行为。因此,诸如高硬度、高强度和陶瓷超塑性的材料不断出现,若这些新型的陶瓷材料具有纳米级水平显微结构,即晶粒尺寸,晶界宽度,第二相分布,气孔尺寸,缺陷尺寸等都限于100 nm量级,则为纳米陶瓷。
纳米陶瓷是80年代中期发展起来的先进材料。由于它是界于宏观物质和微观原子、分子的中间研究领域,它的出现开拓了人们认识物质世界的新层次,对材料的工艺,制备科学,以至整个材料科学带来了新的研究内涵。虽然,电子显微镜,包括扫描电子显微镜和透射电子显微镜以及高分辨电镜和分析电镜等现代表征技术的发展,使人们能进入到纳米量级(10-9m)线度上来研究纳米陶瓷中晶界的化学组分及显微结构,但由纳米材料所引起的诸如超微粉体学,烧结动力学,各种掺入纯物质的纳米陶瓷的显微结构以及由此引起的物理性能的变化,都是当今研究陶瓷的热门话题,还有待于人们进一步的研究。2.2、纳米粉末的制备：
要制成纳米陶瓷,主要包括两大步骤:一是制取纳米陶瓷粉,二是致密化成块状纳米材料。纳米粉的制备技术有气相合成和凝聚相合成两大类,再加上一些其它方法。
2.2.1、气相合成:在惰性气氛中,蒸发的单体凝结成原子团。一般是先建立单体群,靠与冷惰性气体原子碰撞来冷却单体,靠单体累加或原子团间的碰撞使原子团生长。这种合成法对制备纳米陶瓷粉有下列优点:a)增强了低温下的可烧结性,这主要是由于高的驱动力和短的扩散距
离所致。b)有相对高的纯净性和高的表面及晶粒边界纯度。c)这类方法相对来说较为简单,易于达到高速率生产。
炉源法:它是用以建立单体的最简单技术,原料在坩埚中经加热直接蒸发生气态,以产生悬浮微粒或烟雾状原子团。越接近源,小原子团的尺寸越均匀;远离源,原子团变大,其粒径分布变宽。离开蒸发源到一定距离时,原子团达到极限粒径该
特征距离值取决于惰性气体的压强和源的蒸发速率。原子团极限粒径将随蒸发速率的加大和惰性气体原子量的增大而增加。原子团的平均粒径可由改变蒸发速率以及蒸发室内的惰性气体的压强来控制,粒径可小至3~4nm。粒径分布显示对数正态分布,这种分布表明团—团聚结的特征。在惰性气体中,加一种强制对流的气流,可降低原子团粒径的平均值,其粒径分布宽度亦趋窄。对高蒸气压的样品,可用升华代替蒸发。例如MgO,在200Pa的He压中,加热到接近于1600℃(MgO的熔点为2850℃)。经升华后,发现是缺氧的,但可将它暴露在引入真空室的氧气氛下,而最终使其转化成符合化学计量比的MgO。
炉源法可制备氧化物陶瓷粉。如要制备TiO2,可在He中蒸发金属Ti来获得,先制取松散的纳米金属粉,然后由引入到小室的氧气进行氧化,典型的氧压为2kPa。实验证明,惰性气体气压的控制不仅影响颗粒大小,有时也影响形成材料的物相。
用加热生成单体,技术简单,但其局限性也很明显,故只有少数几种陶瓷材料如TiO2、CaF2等用该方法来制备纳米粉。
溅射源法:DC和RF磁控溅射已成为薄膜生长的标准方法,事实上它可适用于金属、合金、半导体和陶瓷的沉积,理所当然的也可用于纳米陶瓷的制备。溅射源法的标准操作压是10-2-10-1Pa,比炉源法所需的压力范围低几个数量级。除了其应用性广泛外,溅射源法比大多数热蒸发技术,尚有其它的优点:a)靠等离子电流工作,溅射条件是稳定的,并易于控制。
b)与热蒸发法相比,溅射反应室壁的热负荷要小得多。这样就降低了室壁中的微粒排放,而使由微粒造成的杂质结合的减少。商用磁控溅射装置可用来制备7~50nm直径的纳米陶瓷分子团,已用磁控溅射研究了TiO2、ZrO2等陶瓷纳米晶的生成。
热等离子体合成法:把反应剂注入高温等离子体,伴随着热反应气体的快速淬火,在足够低的温度下纳米粒子被合成,通过快速冷却导致一个或更多个可沉淀样品的成核。热等离子体合成法对产生纳米粒子是一个有效的方法,原因有以下几点:a)热等离子体反应器中的温度常高,有利于注入反应剂的完全溶解和快速反应。这样在反应剂和最终产品的选择上,允许明显的化学可变性。b)热等离子体的高能量密度使得能在相对紧缩的反应器中,获得高额的产量。c)等离子体合成过程
中可达高淬火速率,生产纳米粒子就能获得高过饱和度,还有可能合成感兴趣的亚稳相。从上述几点考虑,热等离子体合成是制取高温纳米陶瓷最有希望的途径,例如碳化物、氮化物、硼化物等用该方法生产就较为容易。与其它高温合成法比较,其缺点是等离子体反应器更多的受加工条件中冷边界层和不均匀性的影响,对提高产品质量不利;以及由于高温淬冷的不均匀性,导致粒子成核速率和粒径分布相对来说变化较大。为了改进这些不足,提出一种等离子体膨胀过程。靠通过陶瓷衬砌的喷咀,等离子体进行亚声速膨胀,使不均匀的影响降到最小,膨胀提供了一种可控的等离子气体动力淬冷的方法。喷咀膨胀的构想对粒子成核和生长有利,且保持了等离子体加工过程的可量测性。与靠附加冷稀释气体进行淬冷的方法相比,膨胀过程对淬冷条件的控制有明显的优势。
热解法:是指采用高温先使反应剂气体的气相分解,再产生所要组分原子的饱和蒸气。热解主要有两种:激光热解和火焰热解。
激光热解是将一种用惰性气体为载体的流动的反应剂气体用激光快速加热,实现快速的,反应剂气体的气相分解。当分解物被载流气体的原子(分子)碰撞而达到淬冷后,原子团进行成核和生长。这种技术被广泛用于合成Si3N4、SiC、Al2O3等纳米陶瓷粉。对制取非金属化合物,靠将乙烯加入气体混合物以产生碳化物;靠将NH3加入以产生氮化物。激光热解优点是可连续加工,可用激光功率和反应剂流率来控制产率。
另一种是火焰热解,这是一种挥发性化合物如TiCl4或SiCl4在氢—氧焰中的反应,它导致生成弥散度较高的氧化物团,用于制取Al2O3、SiO2、Bi2O3、ZrO2和TiO2等。这种技术的主要优点是高纯、具有化学可变性,以及有合成混合氧化物的可能。
2.2.2 凝聚相合成:主要有下列三种方法。
离子性材料中的分解和沉淀反应:已被用于产生纳米团,例如Mg(OH)2和MgCO3的分解产生具有大约2nm直径的MgO分子团。
Sol-gel法(溶胶—凝胶法):被用在各类系统中产生小于10nm的SiO2、Al2O3和TiO2纳米团。要获得纳米结构,可引入具有最终平衡相结晶陶瓷的先驱物作为籽晶,进行催化成核,在基体中引入晶核的目的是为了降低形成所需相的成核能。要制备包含一个或多个高蒸气压组分的化学计量比化合物,遇到一定的困难。如
要制备(BaPb)TiO3,严重的问题就是由于高蒸气压组分铅的损失,而该困难可由sol-gel法避免,与其它高温方法比,该方法是在低温下进行的。
水热反应:即水在高于沸点时的反应,已被用来合成纳米团。至今所用的两种反应是水热沉淀和氧化,两种反应可产生水中的结晶状金属氧化物的悬浮物。已制成了简单氧化物(ZrO2,Al2O3、TiO2,MgO)以及混合氧化物(ZrO2-Y2O3,ZrO2-MgO、ZrO2-Al2O3、BaTiO3)等的10nm~100nm的纳米团。
其它方法主要有沉积方法,如CVD(化学气相沉积)法,Ti和Si的氮化物和碳化物纳米团均可由此法生成。低温球磨即在液氮中的高能球磨。举例就Al基质而言,可形成含有弥散的粒径小于50nm的AlN纳米团。
块状纳米陶瓷材料的获得:从纳米粉制成块状纳米陶瓷材料,就是通过某种工艺过程,除去孔隙,以形成致密的块材,而在致密化的过程中,又保持了纳米晶的特性。
4、结束语
纳米陶瓷作为一种新型高性能陶瓷,是近年发展起来的一门全新的科学技术,它将成为新世纪最重要的高新技术,将越来越受到世界各国科学家的关注。纳米陶瓷的研究与发展必将引起陶瓷工业的发展与变革,以及引起陶瓷学理论上的发展乃至建立新理论体系,以适应纳米尺度的研究需要,使纳米陶瓷材料具有更佳的性能以致使新的性能、功能的出现成为可能。我们期待着纳米陶瓷在工程领域乃至日常生活中得到更广泛的应用。
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