纳米陶瓷涂层的典型应用领域

第一篇：纳米陶瓷涂层的典型应用领域

纳米陶瓷涂层的一些典型应用领域:

飞机发动机、燃气轮机零部件：

热障涂层（TBC）被广泛地应用在飞机发动机、涡轮机和汽轮机叶片上，保护高温合金基体免受高温氧化、腐蚀，起到隔热、提高发动机进口温度和发动机推重比作用的一种陶瓷涂层材料。8YSZ材料被用做热障涂层材料在军用发动机已应用几十年了，它的缺点是不能突破1200oC的使用温度，但现在军用发动机的使用温度已经超过1200oC，因此急需材料方面的突破。另外，地面燃气轮机的热障涂层材料基本受制于国外，也亟待国产化。国内外研究指出含锆酸盐的双陶瓷热障涂层被认为是未来发展长期使用温度高于1200oC的最有前景的涂层结构之一。用纳米结构锆酸盐粉体喂料制备的纳米结构双陶瓷型n-LZ/8YSZ热障涂层的隔热效果明显好于其它现有涂层，与相同厚度的传统微米结构单陶瓷型8YSZ热障涂层相比，隔热效果提高了70%。而且，纳米结构的双陶瓷型涂层具有比其它两种涂层层更好的热震性能。

军舰船舶零部件：

纳米结构的热喷涂陶瓷涂层早已广泛应用于美国海军装备(包括军舰、潜艇、扫雷艇和航空母舰)上的数百种零部件。纳米结构陶瓷涂层的强度、韧性、耐磨性、耐蚀性、热震抗力等均比目前国内外商用陶瓷涂层材料中质量好、销量大的美科130涂层的性能显著提高。有着高出1倍的韧性，高出4-8倍的耐磨性，高出1-2倍的结合强度和抗热震性能和高出约10倍的疲劳性能。表1给出了纳米结构的热喷涂陶瓷涂层在美国海军舰船上的一些典型应用。

表1 一些美国海军舰船上应用的热喷涂纳米Al2O3/TiO2陶瓷涂层

零部件 水泵轴 阀杆 轴

涡轮转子 端轴 阀杆 膨胀接头 支杆 流量泵

船上系统 储水槽 主柱塞阀 主加速器 辅助蒸汽 主推进发动机 主馈泵控制 弹射蒸汽装置 潜艇舱门 燃料油

基体材料 使用环境 NiCu合金 不锈钢 碳钢 碳钢 青铜 不锈钢 CuNi合金 不锈钢 碳钢

盐水 蒸汽 盐水 油 盐水 蒸汽 蒸汽 盐水 燃料油

柴油机、工程机械零部件:

高性能纳米结构陶瓷涂层可以大幅度提高材料或零部件的硬度、韧性、耐磨性、抗腐蚀性和耐高温性能，因此可广泛应用于柴油发动机、工程机械等领域。如缸体、泵轴、机轴、曲轴、凸轮轴、轴瓦、连杆瓦、柱塞、阀杆、阀座、液压支杆、缸盖、活塞销、活塞和活塞环等零部件。如：纳米陶瓷涂层来大幅度提高曲轴的抗疲劳强度、硬度和耐磨性；纳米陶瓷涂层用于活塞无疑会是最具有高性价比的工艺技术；纳米陶瓷涂层将给与主轴瓦及连杆瓦以更高的强度、硬度和韧性，显著提高其耐磨性能，极大地减小曲轴的磨损、有效地防止烧瓦、抱瓦及烧曲轴；纳米陶瓷涂层技术应该是目前用于活塞环的最佳表面改性技术。

汽车零部件：

每辆汽车有几十个零部件可以采用耐磨耐蚀的喷涂层，如曲轴、顶杆、阀杆、阀座、齿轮箱齿轮轴颈、活塞、柱塞等。高性能纳米结构陶瓷涂层无疑是解决这些零部件磨损和腐蚀问题的首选技术。

盾构机零部件：

盾构机被业界喻为地下航母，是挖掘地铁隧道、公路隧道、引水隧洞等工程的利器。按照50年的地下施工高峰期计算，我国盾构机市场的订单将高达上千亿元。然而，这种巨大、精密而复杂的工业产品一向是我国制造业的软肋。由于技术落后，盾构机的主轴和液压件这类关键部件耐磨抗蚀性能差，使用寿命低。目前国内生产的所有盾构机关键总成和零部件都只能依赖进口，亟需国产化。这就是为何当地铁建设狂潮正席卷中国大陆之时，作为关键施工设备的盾构机却因关键零部件受制于人而使国产盾构机行业难以摆脱窘境的原因。而针对盾构机的主轴和液压件这类关键部件耐磨抗蚀性能差，使用寿命低的问题，也许只有采用成熟的纳米结构涂层技术才能使我国盾构机关键件的制造走出困境。

高端轴承：

中国是全球第一轴承生产大国，但风电、高铁、轿车、精密机床等高端装备用轴承却是短板。如中国高铁每年产值数千亿，但高铁轴承却一直依赖进口，时速160公里以上客车用轴承全部靠进口。而纳米陶瓷涂层无疑是提高高端装备用轴承性能的最简易有效的途径。如将纳米陶瓷涂层制备于轴承套圈滚道上就可形成陶瓷轴承，尤其是大中型陶瓷轴承。如将纳米陶瓷涂层涂覆在轴承套圈外侧，就可成为耐磨绝缘轴承。

阀门:

目前我国企业生产的各种阀门寿命短、不可靠，部分产品只相当于上世纪80年代初的国际水平，一些高温高压和关键装置上需要的阀门仍然依赖进口。如在冶金工业中，煤粉调节阀使用工况恶劣，对核心零件（阀瓣，左、右阀座等）性能要求极其严格，国内煤粉调节阀市场完全被国外产品所垄断。而通过纳米结构陶瓷涂层在阀门核心零件上进行应用，有利于国内阀门市场的国产化。

液压缸活塞杆：

液压缸活塞杆是液压缸的重要部件，为了提高耐磨抗蚀性能，目前国内传统工艺是表面镀硬铬。由于镀铬对人和环境污染严重，属国家环保限制项目，且镀层不均匀，孔隙率高，容易起皮，镀铬费用也比较高，不能满足生产上的需要，因此采用合适的涂层或镀层取代镀铬一直是机械装备行业的重要课题。特别是舰船舷外液压缸活塞杆工作在－30oC~65oC温度范围内的潮湿海洋大气或海水介质中，并承受一定的环境压力，要求较高的物理、化学和力学性能。目前广泛采用的电镀硬铬层已不能满足对液压缸活塞杆的使用性能要求，常规的热喷涂涂层也难以满足这些性能要求，只有先进的纳米陶瓷涂层材料是液压缸活塞杆首选的涂层材料。

连铸结晶器：

我国钢产量约9亿吨，95%以上是连铸生产的，据统计，每生产20万吨钢板就要更换一个连铸结晶器。目前，国内连铸结晶器大多采用电镀硬铬层或合金镀层，也有一些是热喷涂合金层，而国外经过研究后已开始采用热喷涂普通陶瓷涂层。纳米陶瓷涂层无疑具有更大的应用优势。

冶金轧辊：

纳米结构陶瓷球形粉体可作为连铸机轧辊、炉底辊的高温耐磨涂层材料。不仅可作为冷轧机组工艺辊，还可作为连续退火机组炉辊，如在高温段，以CoNiCrAlY 为底层，ZrO2-Y2O3（或其他陶瓷材料）为面层。

3D打印：

作为一种增材制造技术,3D打印技术将深刻影响制造业的未来，成为未来新的经济增长点。可是，3D打印金属相对容易，3D打印高强度合金相对难些，3D打印陶瓷相对更难些，3D打印纳米陶瓷可能更难。我公司生产的纳米结构球形微粒粉末不仅可用于传统的陶瓷制造技术，也适合于先进的3D打印技术。也就是说这种纳米结构球形微粒粉末能够作为3D打印的原材料，为3D打印纳米陶瓷材料制品提供了可能。

第二篇：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。

参 考 文 献 李泉等·化学通报,1995 2 杜伟坛,杜海清·无机化学学报,1996 3 Huang IR, Ling B, Jiang DL, TAN SH, ibid:569 4 张志琨等,科学通报,1996 5 隋同波,王廷籍·硅酸盐学报,1993 6 雅菁,徐明霞等·材料研究学报,1996 7 郑秀华等.纳米粉烧结特性及性能的影响.材料研究学报,1996 戴金辉,葛兆明编.无机非金属材料概论,哈尔滨:工业大学出版社, 1999 9 Tian Jie-Mo.J Am Ceram Soc, 1999 10 林宗寿主编.无机非金属材料工学.武汉:工业大学出版社,1999 11 国家自然科学基金委员会.无机非金属材料科学.北京:科学出版社, 1997 12 施锦行.中南工业大学应用物理与热能工程系.1997

第三篇：纳米涂层喷涂操作说明..

8、U-Spray系列喷涂产品使用说明

1.设备及材料要求：

使用说明

以下为诺曼克U-Spray喷涂体系所需的设备及材料。（见图1，图2和图3） 筒式喷枪

 双筒式包装喷涂材料  流量限制器  混合器/喷嘴  诺曼克底漆

采用正确的表面预处理程序非常重要。为确保获得最好的涂装质量和涂层表面效果，请严格按照程序的每一步进行操作。同时需考虑到安全健康规范方面具体要求。

图一： U-Spray胶枪

图二：双筒式包装喷涂材料

图三：诺曼克底漆

2.表面预处理：

诺曼克喷涂材料应该在经过恰当预处理的，清洁，脱脂且干燥的基材表面上进行涂装作业。尖角以及拐角应先加工处理成半径不小于3mm的圆角。

金属/塑料：采用喷钢砂方式对基材表面进行金属白色化处理，使基材表面形成深度在50μm以上的锚纹，这样有利于达到最好的粘接效果。详细信息请参照诺曼克表面预处理手册。以下规格的喷砂均可以达到预期效果：  SSPC-SP5  Nace No.1  SSPC-SP10  Nace No.2

喷砂的媒介应该为形状不规则且具有棱角的材料如如渣绒，钢砂等。这种喷砂媒介应该能够在基材表面处理出70到100μm厚的锚纹。

对于非关键部件，可以使用数控机床清洗方式对基材表面进行预处理，如研磨和砂磨等均可以接受。

对于暴露在潮湿环境或表面沾有油、盐及其他化学物质的基材表面应该按照以下预处理步骤以达到最好的粘接效果：  喷砂处理（初步净化） 蒸气清洁（中和氯化氢） 火焰处理（干燥处理） 喷砂（表面粗燥化） 真空清洗（去除灰尘） 脱脂（实现最终净化）

铸钢件，不锈钢铸件，铸铁件及灰口铸铁件等基材：这些基材具有多孔性，表面很容易吸附油脂以及其他一些脏污。通过对这类基材的加热使油脂和脏污转移到基材表面，然后再用溶剂清洗去除掉这些油脂和脏污。此步骤处理完后请立即按照上面的步骤进行喷砂处理。如果金属表面出现一些暗淡的区域，这就说明在这些区域仍然存在油脂或脏污。此时需要再对基材进行加热然后清洗，喷砂，直到被预处理的基材表面呈现出一致的颜色。

合成橡胶/聚氨酯类基材：这类基材表面需要先进行粗化，建议使用低速（转速低于2000RPM）砂磨机，砂磨材料可以使用粒子精度为16,36,26,或50的氧化铝砂纸。砂磨机的转速过快可能会导致基材表面过热进而影响到粘接效果。同样可以使用其他一些方法对此类基材表面进行粗化处理，如将硬毛刷安装到电钻、砂磨盘以及上对其它一些在橡胶轮胎行业用于修理轮胎的钻床配件上对基材表面进行打磨。

现行混凝土材质：先去除基材表面涂料等残余，然后用油质黏结剂去除残渣、油脂等，接着用水或者清洁剂的蒸汽清洗基材表面；之后采用机械方式粗化表面；最后用水冲洗基质表面来去除清洁剂残余。让混凝土结构表面有足够时间干燥，进行喷涂作业前水分残余需低于3%。

新型混凝土材质：至少允许涂层有28天的时间进行固化。需要对表面进行湿度测量以确保基材表面的残余水分低于3%。去除表面松弛的颗粒和混凝土泥浆。然后用机械方式粗化基材表面并进行除尘操作。在此种混凝土结构及才上U-Spray涂层的厚度应不低于1.5mm.3.清洗/脱脂

必要时可以使用诺曼克NR-MC或NR-TR溶剂型脱脂剂对基材表面进行脱脂和清洁操作。也可以使用其它非油性脱脂剂如二氯乙烯，三氯乙烯，丁酮以及丙酮。喷涂前需确保基材表面完全干化。

最好的清洁方式是采用真空清扫或粉刷对基材表面进行预处理。禁止使用非真空的方式进行清扫因为这样只会使表面的粉尘和脏污变的更多。

4.底漆

硬质表面：对于在金属、不锈钢、铝制品、GRP（玻璃钢）、聚酯薄膜、环氧树脂、混凝土以及木制等基材上的喷涂可以使用NR-9500做底漆。喷涂前请将底漆充分摇晃均匀。严格按照材料制造商说明进行NR-9500的配比（详见NR-9500数据表）。NR-9500可以采用喷涂法、刷漆法、浸漆法等涂装方式在预处理过的基材表面涂装25-50μm厚的涂层。刷除所有的流平，滴溜以及残留物质。典型喷涂面积为60-70克/m²。

在进行U-Spray喷涂前，允许底漆在21℃的温度条件下有1-12个小时的固化时间。

底漆的喷涂需要采用低气压喷枪（重力型喷枪，吸嘴口径大约为3mm，气压大约为138MPa）.喷涂需要选择一种风度大小恰好合适的风扇。否则涂层表面会形成粉状层，此粉状层一般比较难去除，因为其只能在底漆涂层干燥后进行下道涂装操作前才能用丁酮溶剂来擦除。

禁止在NR-9500涂层上再次喷涂NR-9500。如果涂层放置时间超过21℃温度条件下要求的12个小时，请使用丁酮溶剂来恢复涂层的活性。清洗后请立即进行U-Spray喷涂操作。也可以在喷涂前重新进行喷砂，清洗，再次喷涂底漆这个程序来解决放置时间过长的问题。

软质表面：对于弹性材料，在进行U-Spray进行涂装前需要进行特殊专业化的考量。进行此类材料涂装前请联系诺曼克公司以便获得技术支持。

具有极性的塑胶材料：PE、PP、POM和相关塑胶材料在喷涂底漆前需要先进行热冲击处理。建议进行此类基材涂装前请联系诺曼克公司以便获得技术支持。

5.筒式喷枪

安全提示：诺曼克U-Spray喷涂产品均在高压条件下存储。使用时请佩戴合适的眼，手及皮肤防护装备。相见材料安全数据表。

首先，在不安装材料筒的条件下检查喷枪的所有功能。利用可以快速连接的耦合器将喷枪与压缩空气连接。建议使用的空气压力为6Bar。操作前应先确保压缩

空气中不含有水和油类物质。

触发器：（在流量调节器打开状态下）用于开启枪内喷涂材料的供应。在筒内喷涂材料被耗前，喷枪压料柱塞会和喷涂材料一直保持平行流动。（图4）反转按钮：如果同时按下”反转按钮”和”触发器“了两个按钮，喷枪压料柱塞将改为向原来移动方向相反的方向移动。这时可以将用尽的喷涂材料筒取下。请勿用手直接扳动喷枪压料柱塞（见图5）。

图4 触发器 图5：反转按钮 图6：流量控制器

喷涂材料流量调节器：循环流量调节器的指针在喷枪的尾部（将图6），用于控制筒内涂料流出的速度。顺时针方向转调节器增大流量速度，反时针方向降低流速。初次使用诺曼克U-Spray的人员在开始时应选择较慢的流速。喷涂材料流量调节器对于流量的调节存在一定的滞后时间。

供气调节器：作业员可以通过调整供气调节器来控制输送到U-Spray喷涂系统顶端的空气量。这些空气用来雾化和喷射U-Spray喷涂材料。通过对供气调节器的设置来控制喷涂模式以及雾化粒子的大小。喷涂需要使用的喷涂模式决定供气调节器的设定。大多数情况下供气调节器转动约一周就可以达到理想的效果。调节器允许的空气量越高，雾化的粒子就越精细。太高的空气压强以及过细的雾化粒子会导致过喷以及材料浪费等问题。建议将空气量调节到一个较好的平衡水平，这样不仅可以确保较好的供气模式和散热效果，而且可以最小化材料的浪费。关闭供气调节器时，其分配器还可以被用来做浇铸成型和注射成型。（见右图）

图7：空气控制器 6.喷涂材料筒

根据喷涂基材的不同，诺曼克U-Spray喷涂材料可以在室温下或者在加热的情况进行喷涂作业。大体而言，LVHS系列涂装产品需要先进行加热以降低其粘度，这样才能获得平滑的涂层。而对于GL和聚脲喷涂产品则在只需在室温下进行喷涂操作即可，因为它们的初始粘度较低。LVHS系列材料的加热根据微波炉耗电瓦数的不同加热时间在1.5至3分钟之间。最好使用旋转可调式微波炉对油漆进行加热，因为它有利于使涂料获得均一的温度。当然也可以使用不旋转式微波炉，在加热过程中需要对喷涂材料筒进行旋转。对于油漆已经被使用了一部分的，喷涂材料筒应该适当减少加热时间以防止油漆过热。同样，您也可以使用温度控制在50℃到60℃之间。

谨防皮肤烧伤！

请勿将U-Spray筒装喷涂材料过度加热。过热可能会导致塑胶桶融化并喷射出极度高温材料。对于过度加热后的喷涂材料筒，请给予足够的冷却时间以后再进行下一步的操作处理。

较大的喷涂材料筒内会存在一个可视的空气泡。通过此空气泡的流速来确定黏糊状的涂料是否完全液化。在反复倒转喷涂材料筒的过程中观察空气泡是否能正常无阻碍的向上移动。

为确保加热后涂料得到均匀分散，请反复翻转喷涂材料筒十次左右并检查材料流动状况。拉开筒上的橘色运输保护盖，（图8）然后将筒上的两个半月形密封盖从喷涂材料筒上取下。(图9)

图8：橘色运输保护盖 图9：半月形密封盖

此时筒应一直保持垂直状态以防涂料的两个部分混合到一起。

安装流量控制器，安装后需确保筒上的两个开口完全一致。（图10）将混合器/喷嘴安装到筒上，用钳子和镊子缓慢的拧紧盖形螺母（图11）。如果盖行螺母没有完全拧紧，在螺纹处就有可能出现泄漏现象，泄漏的涂料掉到涂层表面就会导致涂装缺陷的出现。如果盖型螺母拧的过紧，就有可能会由于扭力而损坏喷涂材

料筒（当然这种可能性不是很大）。

图10：流量控制器 图11：盖形螺母

在拧盖行螺母的时候，需要留意材料不会流到混合器/喷嘴内。材料中的任何一种成分如果在此时进入到混合器/喷嘴中都会迅速反应并固化，进而导致喷嘴阻塞。7.涂装作业

喷涂设备安装：完全倒转喷枪压料柱塞。喷涂材料筒加热以后立即安装到喷枪上，较大的筒安装到较大的柱塞上，较小的安装到较小的柱塞上。安装时需要格外小心，这样才能确保筒上的柱塞滑动到喷枪的柱塞上（图12），同时可以避免将筒的柱塞压到筒内。将供气调节器连接头上（图13）的透明供气软管，连接到混合器/喷嘴顶端（图14，15）。慢慢的打开流量调节器和供气调节器的阀门。

图12：滑动图示 图13：供气软管

图14： 喷嘴 图15：供气软管

气泡的清除：喷涂材料A、B两组分内的气体应该分开清除。由于喷涂材料筒的特殊结构，如果这两组分涂料内的气体不分开清除，那么空气清除动作完成以后，其中的一个筒或者两个筒内仍然有存在空气的可能性。如果气体未完全清除，这些气体就会将部分涂料送至混合器处，进而喷涂作业中会喷涂出一些正常比率以外的一些额外涂料。如果存在这种情况请不要将喷枪对准待涂装的基材表面，也请勿向上竖直持枪按触发器（图16）。应该持枪略指斜上方，将涂料A或B组份倾斜至喷枪的下方并进行喷射，这样才能使气泡完全射出（图17）。同样方法将材料的另一部分倾斜至喷枪下方并进行喷射以去除另一部分材料中可能存在的气泡（图18）。将全部多余气体出去以后，请检查并确保在喷枪混合气顶端充满了喷涂材料，不再存在任何气体。筒内以及混合器顶端的气体未清除干净会导致喷涂时出现过比率混合现象。

检查透明的混合器确定涂料的两个部分（无色部分和有色部分）可以均匀的流动，如均匀流动则说明混合后的涂料达到了均一混合的效果。

图16：请勿竖直放置 图17：空气清除方式 图18：空气清除方式

喷涂参数调整：通过调整空气调节器和喷涂材料流量调节器来获得需要的喷涂参数以及涂层表面效果。一旦上述调节后的参数达到了您满意的效果，继续按着触发器并立即向所要喷的基材表面进行喷涂作业。

涂装作业：涂装过程中最重要的一点就是在整个过程中不能出现中途间断的现象，即在喷涂结束或者材料筒内的涂料被用完前不能放开触发器。喷涂完成后的操作请参照本说明中“工作结束”中的解释。一旦在作业中间出现中断，需要立即放弃正在作业的涂层而重新进行喷涂作业。

喷涂作业前应先使用喷枪进行试喷，直到喷枪喷射出的蒸汽变得稳定并且确信不会再出现问题之后才能在最终需要喷涂的基材表面进行作业。任何喷涂材料如果在使用过程中经常中断都会导致堵塞喷涂管道等问题，这些问题会进一步导致喷涂失败以及涂层起泡等现象的出现。如果喷涂过程中中断时间超过一分钟，喷涂材料就会在混合器/喷嘴处发生反应，这时需要更换混合器和流量控制器。

涂装结束：在筒内材料快要用尽时放开触发器并关闭供气调节器。请勿将筒内所有材料用完，一般需在筒内留有3mm左右深的材料，否则可能会导致材料配比失败，进而导致喷涂失败。

8.喷涂技巧

在未达到要求的涂层厚度以前，需要一道涂层紧接着一道涂层的进行喷涂作业。垂直表面上喷涂的每道/每层涂层的厚度应确保在0.3mm左右，这样的厚度能够防止出现流平及涂料松弛物。喷涂材料会在一分钟内发生反应，超过这个时间材料就不会再流动，这时就可以进行后面涂层的喷涂作业。为确保涂料充足均匀的喷涂在基材表面上，喷涂中请特别留意拐角和角落区域。在不同涂层之间的等待时间不能超过15分钟。参照本说明第10部分关于“超时间喷涂”的说明。

第四篇：课程论文 纳米陶瓷

课程论文

学生姓名：

王园园

学号：20130540

学院：材料科学与工程学院

专业年级：材料化学2013级

题目：纳米陶瓷的研究现状及发展趋势

指导教师：李万千老师

评阅教师：

2015年5月

目录

摘要....................................................................................................3 Abstract.............................................................错误！未定义书签。1.前言.............................................................错误！未定义书签。2.纳米陶瓷的概念及其发展..........................................................5 3.纳米陶瓷的制备..........................................................................7 3．1纳米陶瓷粉体的物理法制备.............................................7 3．2纳米陶瓷粉体的化学法制备.............................................8 4.纳米陶瓷粉体的表征................................................................10 4．1化学成分表征...................................................................10 4．2晶态表征...........................................................................11 4．3颗粒度表征.......................................................................11 4．4团聚体表征.......................................................................12 5.纳米陶瓷的性能........................................................................12

5．1纳米陶瓷的致密化...........................................................12 5．2纳米陶瓷的力学性能.......................................................13 6.纳米陶瓷的应用及其展望........................................................13 7.参考文献……………………………………………………… 12 摘要

20世纪80年代中期发展起来的纳米陶瓷，对陶瓷材料的性能产生了重要的影响，为陶瓷材料的利用开拓了一个新的领域，已成为材料科学研究的热点之一。综述了纳米陶瓷材料近年来的发展与应用，重点论述了纳米陶瓷的制备、性能及应用现状，并对纳米陶瓷的未来发展进行了展望。

Abstract Nanometer ceramics which are developed in the mid-eighties of the twentieth century have an important affect on the properties of ceramic materials.They have formed promising fields for the utilization of materials which has been one of the most popular fields of material research.The preparation and characterization of nanometer ceramic powders and the properties and application of nanometer ceramics are summarized.The future developments of nanometer ceramics were discussed.4 1.前言

纳米陶瓷是一类颗粒直径界于1到100nm之间的多晶体烧结体。每个单晶颗粒的直径非常小，例如，当单晶颗粒直径为5nm时，材料中的界面的体积约为总体积的50%，特就是说，组成材料的原子有一半左右分布在界面上，这样就减少了材料内部晶体和晶界的性质差异，使得纳米陶瓷具有许多特殊的性质[1]。纳米功能陶瓷是指通过有效的分散复合而使异质相纳米颗粒均匀弥散地保留于陶瓷基质结构中而得到的复合材料，当其具有某种特殊功能时便称之为纳米功能陶瓷。纳米功能陶瓷的性能是和其特殊的微观结构相对应的，它的性能不仅取决于纳米材料本身的特性，还取决于纳米材料的物质结构和显微结构[2]。

纳米陶瓷是纳米科学技术的重要分支,是纳米材料科学的一个重要领域。纳米陶瓷的研究是当前陶瓷材料发展的重大课题之一。陶瓷是一种多晶体材料,是由晶粒和晶界所组成的烧结体,由于工艺上的原因,很难避免材料中存在气孔和微小裂纹。决定陶瓷材料性能的主要因素有:组成和显微结构,即晶粒、晶界、气孔或裂纹的组合性状,其中最主要的是晶粒尺寸问题,晶粒尺寸的减小将对陶瓷材料的力学性能产生重大影响。图1是陶瓷晶粒尺寸强度的关系图。

图1中的实线部分是现在已经达到的,而延伸的虚线部分是希望达到的。从图1中可见,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;其次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；再次,晶粒的细化将有助于晶粒间的滑移,使材料具有塑性行为。纳米材料的问世将使材料的强度、韧性和超塑性大大提高。纳米陶瓷由于是介于宏观和微观原子、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,将给传统陶瓷工艺、性能及陶瓷学的研究带来更多更新的科学内涵。

2.纳米陶瓷的概念及其发展

所谓纳米陶瓷,是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的陶瓷材

料,也就是说晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在纳米量级的水平上。陶瓷材料的脆性大、不耐热冲击、不均匀、强度差、可靠性低、加工困难等缺点大大地限制了陶瓷的应用。随着纳米技术的广泛应用,希望以纳米技术来克服陶瓷材料的这些缺点,如降低陶瓷材料的脆性,使陶瓷具有像金属一样的柔韧性和可加工性。因此纳米陶瓷被认为是解决陶瓷脆性的战略途径[3]。同时,纳米陶瓷也为改善陶瓷材料的烧结性和可加工性提供了一条崭新的途径。

正是由于纳米科学和陶瓷工艺学的发展与完善,使纳米陶瓷概念的提出有了理论基础。再加之研究手段和设备的进步,比如电子显微镜,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,使纳米陶瓷的研究、分析成为可能。另外由于纳米材料的特殊性能,其与陶瓷材料结合不仅可以提高陶瓷本身一些重要的性能,而且也克服了陶瓷的缺点——脆性、热冲低等,使纳米陶瓷有了发展的空间与必要。在这种情况下,科研工作者在20世纪80年代中期开始了纳米陶瓷的研究,并且逐步取得了一些重要得成果。1987年,德国的Karch等首次报道了所研制得纳米陶瓷具有高韧性与低温超塑性行为。目前,各国都相继加大了对纳米陶瓷研究的力度,以便能使传统的性能优良的陶瓷材料与新兴的纳米科技结合,从而产生“1+1>2”的效果,使纳米陶瓷具有更高的特殊的使用性能,将其应用到工业生产、国防保护等领域必然会取得巨大的经济效益。虽然纳米陶瓷的研究时间还不长,许多理论尚未清楚,但经过各国工作者的辛勤努力,在纳米陶瓷研究方面还有许多成果,无论是对纳米陶瓷的制备工艺还是性能都有

很大的提高。例如,美国的“Morton International's Advanced Materials Group”公司开发了一条生产SiC陶瓷的革命性工艺——CVD原位一步合成纳米陶瓷工艺。我国的科研工作者对该工艺进行了研究,也取得了一些成果[4]。

3.纳米陶瓷的制备

3．1纳米陶瓷粉体的物理法制备

目前物理方法制备清洁界面的纳米粉体及固体的主要方法之一是惰性气体冷凝法[5]。制备过程为:在真空蒸发室内充入低压惰性气体，加热金属或化合物蒸发源，由此产生的原子雾与惰性气体原子碰撞而失去能量，凝聚而成纳米尺寸的团簇并，在液氮冷却棒上聚集起来，最后得到纳米粉体。其优点是可在体系中加置原位压实装置，即可直接得到纳米陶瓷材料。1987年美国Argonne实验室的Siegles采用此方法成功地制备了TiO2纳米陶瓷粉体，粉体粒径为5～20nm。此方法的缺点是装备巨大，设备投资昂贵不，能制备高熔点的氮化物和碳化物粉体，所得粉体粒径分布范围宽[5，6]。

还有一种方法叫高能机械球磨法，就是通过无外部热能供给，干的高球磨过程制备纳米粉体。它除了可用来制备单质金属纳米粉体外，还可通过颗粒间的固相反应直接合成化合物粉体，如金属碳化物、氟化物、氮化物、金属-氧化物复合粉体等。近年来通过对高能机械球磨过程中的气氛控制和外部磁场的引入，使得这一技术有了进一步发

展。该方法操作简单、成本低。中科院上海硅酸盐研究所的姜继森等报导了在高性能球磨的作用下，通过α-Fe2O3和ZnO及NiO粉体之间的机械化学反应合成Ni-Zn铁氧体纳米晶的结果[7]。此外还有机械粉碎、火花爆炸等其它物理制备方法。

3．2纳米陶瓷粉体的化学法制备

湿化学法制备工艺主要适用于纳米氧化物粉体，它主要通过液相来合成粉体。这种方法具有苛刻的物理条件、易中试放大、产物组分含量可精确控制，可实现分子/原子尺度水平上的混合等特点，可制得粒度分布窄、形貌规整的粉体。但采用液相法合成的粉体可能形成严重的团聚，直接从液相合成的粉体的化学组成和相组成往往不同于设计要求，因此需要采取一定形式的后处理。

它包括沉淀法。该法是在金属盐溶液中加入适当的沉淀剂来得到陶瓷前驱体沉淀物，再将此沉淀物煅烧成纳米陶瓷粉体。根据沉淀的方式可分为直接沉淀法、共沉淀法和均匀沉淀法。为了避免沉淀法制备粉体过程中形成严重的硬团聚，往往在其过程中引入冷冻干燥、超临界干燥、共沸蒸馏等技术手段,取得了较好的效果。沉淀法操作简单，成本低，但易引进杂质，难以制得粒径小的纳米粉体。上海硅酸盐研究所以共沉淀-共沸蒸馏法制得了纳米氧化锆粉体，试验中的共沸蒸馏技术有效地防止了硬团聚的形成，制得的氧化锆粉体具有很高的烧结活性[8]。

溶胶-凝胶法。该法是指在水溶液中加入有机配体与金属离子形

成配合物，通过控制pH值、反应温度等条件让其水解、聚合，历经溶胶-凝胶途径而形成一种空间骨架结构，经过脱水焙烧得到目的产物的一种方法。溶胶-凝胶工艺被广泛应用于制备均匀高活性超细粉体，起始材料通常都是金属醇盐。图2为溶胶-凝胶法的制备流程图。

图2 溶胶-凝胶法制备流程

图2中用金属醇盐溶胶-凝胶制备PZT系列超微粉[9]。也有不用醇盐的，哈尔滨工业大学以硝酸氧锆代替锆的醇盐用溶胶-凝胶法同样合成了PZT纳米粉[10]。另外，以廉价的无机盐为原料，采用溶胶-凝胶法结合超临界流体干燥制备了纳米级的TiO2[11]。

喷雾热解法。该法是将金属盐溶液以雾状喷入高温气氛中，此时立即引起溶剂的蒸发和金属盐的热分解，随后因过饱和而析出固相，从而直接得到氧化物纳米陶瓷粉体，或者是将溶液喷入高温气氛中干燥，然后再进行热处理形成粉体。形成的颗粒大小与喷雾工况参数有很大的关系。采用此方法制得的颗粒，通常情况下是空心的。通过仔

细选择前驱物种类、溶液的浓度及加热速度，也可制得实心颗粒。水热法。该法是指在密闭的压力窗口容器中，以水为溶剂制备材料的一种方法。近十几年来在陶瓷粉体制备方面取得了相当好的成果[12]。同时，水热法陶瓷粉体制备技术也有了新的改进和发展。如将微波技术引入水热制备系统的微波水热法。反应电极埋弧也是水热法制备纳米陶瓷粉体的新技术，这种方法是将两块金属电极浸入到能与金属反应的电解质流体中，电解质一般采用去离子水，借助低电压、大电流在电极间产生电火花提供局部区域内短暂的、极高的温度和压力，导致电级和周围电解质流体的蒸发，并沉淀在周围的电解质溶液中。此外，用有机溶剂代替水作为反应介质的溶剂热反应，在陶瓷粉体制备中也表现出良好的前景。

此外，还有化学气相法，它又包括化学气相沉积法(CVD)，激光诱导气相沉积法(LICVD)，等离子体气相合成法(PCVD法)等方法，在此不一一介绍。

4.纳米陶瓷粉体的表征

4．1化学成分表征

化学组成是决定粉体及其制品性质的最基本因素，除了主要成分外，次要成分、添加剂、杂质等对其烧结及制品性能往往也有很大关系，因而对粉体化学组成的种类、含量，特别是微量添加剂、杂质的含量级别及分布进行检测，是十分重要和必要的。化学组成的表征方

法有许多种，主要可分为化学反应分析法和仪器分析法。化学分析法具有足够的准确性和可靠性。对于化学稳定性好的粉体材料来说，经典化学分析方法则受到限制。相比之下，仪器分析则显示出独特的优越性。如采用X射线荧光(XPFS)和电子探针微区分析法(EPMA)，可对粉体的整体及微区的化学成分进行测试，而且还可与扫描电子光谱(AES)、原子发射光谱(AAS)结合对粉体的化学成分进行定性及定量分析;采用X光电子能谱法(XPS)分析粉体的化学组成并分析结构、原子价态等与化学键有关的性质[13]。

4．2晶态表征

X射线衍射(XRD)仍是目前应用最广、最为成熟的一种粉体晶态的测试方法。此外，电子衍射(ED)法还可用于粉体物相、粉体中个别颗粒直至颗粒中某一区域的结构分析;用高分辨率电子显微分析(HREM)、扫描隧道显微镜(STM)分析粉体的空间结构和表面微观结构。

4．3颗粒度表征

在纳米陶瓷粉体颗粒度测试中,透射电子显微镜是最常用、最直观的手段。但是,如粉体颗粒不规则或选区受到局限等,均会给测量造成较大的误差。常见的粉体颗粒测试手段还有X射线离心沉降法(测量范围为0.01～5μm)、气体吸附法(测量范围0.01～10μm)、X射线小角度散射法(测量范围为0.001～0.2μm)、激光光散射法(测量范围0.002～2μm)等[14]。

4．4团聚体表征

团聚体的性质可分为团聚体的尺寸、形状、分布、含量,气孔率、气孔尺寸及分布,密度,内部显微结构,强度,团聚体内一次颗粒之间的键和性质等。目前常用的团聚体表征方法主要有显微结构观察法、素坯密度-压力法以及压汞法等。

5.纳米陶瓷的性能

5．1纳米陶瓷的致密化

超细粉末的应用引起了烧结过程中的新问题，纳米粉末的巨大表面积，使得材料的烧结驱动力亦随之剧增，扩散速率的增加以及扩散路径的缩短，大大加速了整个烧结过程，使得烧结温度大幅度降低。例如:1nm的纳米颗粒与1μm的微米级颗粒相比，其致密化速率将提高108。目前，上海硅酸盐研究所通过对含Y2O3(3mol%)ZrO2纳米粉末的致密化和晶粒生长这两个高温动力学过程的研究发现:对颗粒大小为10～15nm的细粉末，其烧结温度仅需1200～1250℃，密度达理论密度的98.5%，比传统的烧结温度降低近400℃。进一步的研究表明:由于晶粒尺寸小，分布窄，晶界与气孔的分离区减小以及烧结温度的降低使得烧结过程中不易出现晶粒的异常生长。控制烧结的条件，已能获得晶粒分布均匀，大小为120nm的Y-TZP陶瓷体。

用激光法所制的15～25nm Si3N4粉末比一般陶瓷烧结温度降低了200～300℃，所得晶粒大小为150nm Si3N4陶瓷，其弯曲变形为微

米级陶瓷的2倍[15]。

5．2纳米陶瓷的力学性能

大量研究表明,纳米陶瓷材料具有超塑性性能,所谓超塑性是指材料在一定的应变速率下产生较大的拉伸应变。纳米TiO2陶瓷在室温下就能发生塑性形变,在180℃下塑性变形可达100%。若试样中存在微裂纹,在180℃下进行弯曲时,也不会发生裂纹扩展[16]。对晶粒尺寸为350nm的3Y-TZD陶瓷进行循环拉伸试验发现,在室温下就已出现形变现象。纳米Si3N4陶瓷在1300℃下即可产生200%以上的形变。关于纳米陶瓷生产超塑性的原因,一般认为是扩散蠕变引起晶界滑移所致。扩散蠕变速率与扩散系数成正比,与晶粒尺寸的三次方成反比,当纳米粒子尺寸减小时,扩散系数非常高,从而造成扩散蠕变异常。因此在较低温度下,因材料具有很高的扩散蠕变速率,当受到外力后能迅速作出反应,造成晶界方向的平移,从而表现出超塑性,塑性的提高也使其韧性大为提高。纳米陶瓷的硬度和强度也明显高于普通材料。在陶瓷基体中引入纳米分散相进行复合,对材料的断裂强度、断裂韧性会有大幅度的提高,还能提高材料的硬度、弹性模量、抗热震性以及耐高温性能。

6.纳米陶瓷的应用及其展望

纳米陶瓷在力学、化学、光吸收、磁性、烧结等方面具有很多优异的性能,因此,在今后的新材料与新技术方面将会起到重要的作用。

随着纳米陶瓷制备技术的提高和精密技术对粉体微细化的要求,纳米陶瓷将在许多领域得到应用(如纳米陶瓷在结构陶瓷、功能陶瓷、电子陶瓷、生物陶瓷等领域)。不过从目前的研究来看,纳米陶瓷获得应用的性能有以下几个方面: 1)室温超塑性是纳米陶瓷最具应用前景的性能之一。纳米陶瓷克服了普通陶瓷的脆性,使陶瓷的锻造、积压、拉拔等加工工艺成为可能,从而能够制得各种特殊的部件,应用到精密设备中去。

2）高韧性是纳米陶瓷另一个具有很高应用的性能。陶瓷韧性的提高使得陶瓷的应用领域极度的扩大,因为今后纳米陶瓷就可以像钢铁、塑料等主流材料一样的应用,而不是人们心目中的“易碎品”。

3)纳米陶瓷的应用还可以节约能源、减少环境污染(传统的陶瓷工业能耗高、污染重)。纳米陶瓷的烧结温度比普通陶瓷的低几百度,而且还可能继续下降,这样不仅可节省大量能源,还有利于环境的净化。

7.参考文献

[1] 谢少艾，陈虹锦，舒谋海编著.元素化学简明教程.上海交通大学出版社.2006年，（11.5.3）纳米陶瓷

[2]林志伟.功能陶瓷材料研究进展综述.广东科技，2010，7（241）：36 [3] Cahn R W.Nanomaterials coming of age.Nature,1988,332(60～61):112～115 [4] 杨修春,丁子上.原位一步合成纳米陶瓷新工艺.材料 导报,1995(3):48～49 [5] 严东生.纳米材料的合成与制备.无机材料学报,1995,10(1):1

[6] Yoshimura.Rapid rate sintering of nano-grained ZrO2-based composites using pulse electric current sintering method.J Mater Sci Lett,1998,19:1389 [7] 姜继森,高濂,郭景坤.Ni-Zn铁氧体纳米晶的机械化学合成.无机材料学报,1998,13(3):415 [8] 仇海波,等.纳米氧化锆粉体的共沸蒸馏法制备及研究.无机化学学报,1994,9(3):365 [9] 王秉济,马桂英.溶胶-凝胶法合成PLZT微细粉末.硅酸盐学报,1994,22(1):57 [10]刘大格,蔡伟,等.以硝酸氧锆为锆源溶胶-凝胶合成PZT纳米晶的研究.硅酸盐学

报,1998,26(3):313 [11] 张敬畅,等.超临界流体干燥法制备纳米级TiO2的研究.无机材料学报,1999,14(1):29 [12] 施尔畏,夏长泰,王步国,等.水热法的应用与进展.无机材料学报,1996,11(2):193 [13] 施剑林.低比表面积高烧结活性氧化锆粉体的制作方法.科技开发动态,2005,4:41 [14] 戴春雷,杨金龙.凝胶注模成型延迟固化研究.无机材料学报,2005,20(1):83 [15] 刘永胜,等.CVI制备C/Si3N4复合材料及其表征.无机材料学报,2005,20(5):1208 [16] 梁忠友.纳米材料性能及应用展望.陶瓷研究,1999,14(1):13

第五篇：发泡陶瓷保温板材料特性以及主要应用领域

发泡陶瓷保温板材料特性以及主要应用领域

发泡陶瓷保温板材料特性：

表发泡陶瓷保温板防火隔离带系统性能指标

发泡陶瓷保温板性能应符合下列要求：干密度小于等于280，吸水率小于等于8%，燃烧性能A级等性能指标。

发泡陶瓷不但化学性能稳定，能在超低温到高温的广泛温度范围内（—200——1000℃）有良好隔热性能，而且本身又起到防潮、防火、防腐的作用。它在低温深冷、地下、露天、易燃、易潮以及化学侵蚀等苛刻环境下使用时，不但安全可靠，而且经久耐用不需更换。所以被广泛应用于电力、石油、化工、建筑、冷库、服装洗水、地下工程、造船、国防军工等永久性工程的隔热、保冷、防腐。

另外可制成彩色吸声发泡陶瓷。在影剧院、地铁、会议室、噪声车间、录像室等作吸声材料。

发泡陶瓷主要应用在以下领域：

1、烟囟、烟道（800℃以内）内防腐蚀保温和各种窑炉体保温等工程应用。

2、节能建筑保温墙体轻体建筑墙体和屋顶等隔热、隔音、防火、防水、防腐、防震、防磁、防窃听和绝缘工程应用。

3、各种气（汽）、液（油）输送管道、储罐的隔冷绝热、防水、防腐、防火等工程应用。

4、发泡陶瓷球是纺织服装洗水石磨的最佳产品，耐磨性是“天然浮石”的20—25倍。可根据各洗水厂对服装的不同磨洗制成各种规格，使服装产品表面更加均匀、美观。广泛应用于牛仔布厂、牛仔服装厂、漂染厂、水洗厂、印染厂、染整厂、服装水洗厂、洗漂厂等。

5、地铁、图书馆、音乐厅、歌舞厅、剧院、电影院、礼堂、会议报告厅以及广播、电视和电影录音室、隔间室、吸音会场、候机、候车、候船、商场展览大厅和各种防噪工程的应用。

6、高速公路、机场和建筑基础隔离层等工程的应用。

7、河渠、游泳池和护坝防漏、防蛀等工程应用。

8、墙体内外、公共设施装饰等工程应用。

发泡陶瓷主要特点：

泡陶瓷保温板采用先进的生产工艺和发泡技术，经高温焙烧而成的高气孔率的闭孔陶瓷材料而制成的，发泡陶瓷保温板产品的主要特点包括：

1、不燃、防火经1100℃以上的高温煅烧而成，燃烧性能为A1级，具电厂耐火砖式的防火性能，是用于有防火要求的外保温系统及防火隔离带的理想材料。

2、耐老化陶瓷类的无机保温材料，耐久性好，不老化，完全与建筑物同寿命，是常规的有机保温材料所无可比拟的。

3、耐候在阳光暴晒、冷热剧变、风雨交加等恶劣气候条件下不变形、不老化、不开裂，性能稳定。

4、相容性好与水泥砂浆、混凝土等相容性好，粘接可靠，膨胀系数相近，与高温烧制的传统陶瓷建材一样，热胀冷缩下不开裂、不变形、不收缩，双面粉刷无机界面剂后与水泥砂浆拉伸粘接强度即可达到0.2MPa以上。

5、热传导率低导热系数为 0.08~0.10W/(MK)，与保温砂浆相当;隔热性能好，可充当外墙外保温系统的隔热保温材料。

6、吸水率低吸水率极低，与水泥砂浆、饰面砖等能很好的粘接，外贴饰面砖安全可靠，不受建筑物高度等限制。

本公司发泡陶瓷保温板由于使用时间较长，这就在施工、技术、产品成本等方面都比较成熟，且在目前的科学技术环境下，发泡陶瓷保温板的保温隔热性能还无法超过XPS保温板的性能，所以在现代的环境下应用还是比较广泛的。来源：发泡陶瓷http://www.xiexiebang.com