中国粉体网讯 所谓纳米陶瓷通常是指陶瓷晶相的晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、缺陷尺寸等均在100nm以内的先进陶瓷材料。纳米化是陶瓷工业中的一次变革，受到世界各产瓷国的普遍重视，那么，纳米技术的出现解决了陶瓷材料的哪些“毛病”呢？
“纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径”
由于陶瓷材料以离子键及共价键为主要结合键，故陶瓷材料具有较高的抗压强度及硬度。但是，陶瓷的脆性极大，断裂韧性以及弯曲强度偏低，这限制了陶瓷材料的应用。
氧化铝陶瓷，图片来源：浙江蔚蓝航盾精密陶瓷科技有限公司
早在1990年，Cahn就指出：“纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径”。
由于纳米陶瓷具有较大的晶界界面，在界面上原子排列无序，在外界应力的作用下很容易发生迁移，因此展现出优于普通陶瓷的延展性与韧性。
1987年，Karch等首次报道了所研制的纳米陶瓷具有高韧性与超塑性行为。其研究发现，若将平均粒径约8nm的TiO2经真空加压(~5GPa)获得的纳米晶TiO2陶瓷放置于特制的模具中，于180℃加载1s即可将平板试样弯曲180°，而且具有预裂纹的试样不发生裂纹扩展，表现出良好的韧性。随后，各种单相或双相纳米陶瓷材料相继出现。
提升硬度及可塑性
就硬度而言，纳米陶瓷是普通陶瓷的5倍甚至更高。在100℃下，纳米TiO2陶瓷的硬度为1.3GPa，而普通陶瓷则为0.1GPa左右。SunZ等制备了Al2O3纳米陶瓷，具有97.6%的理论密度和1.1μm的平均粒度，其硬度高达23GPa，远远高于普通Al2O3陶瓷。
超塑性方面，超塑性是指在拉伸试验中，在一定的应变速率下，材料会产生较大的拉伸形变。普通陶瓷是一种脆性材料，在常温下没有超塑性，很难发生形变。原因是其内部滑移系统少，错位运动困难，错位密度小。只有达到1000℃以上，陶瓷才具有一定的塑形。一般认为，若想具有超塑性，则需要有较小的粒径和快速的扩散途径。纳米陶瓷不但粒径较小，且界面的原子排列较复杂、混乱，又含有众多的不饱和键。原子在变形作用下很容易发生移动，因此表现出较好的延展性。
影响铁电性
铁电性方面，陶瓷的晶体尺寸直接影响其铁电性能。随着晶粒尺寸的降低，其铁电性能会逐渐降低。当其尺寸小到一定值时，材料的整个铁电性能会消失。所以，科研人员在这一临界值上做了很多的研究。有研究者在6GPa、1000℃条件下烧结得到了BaTiO3陶瓷，并用介电转变峰表征了其铁电性。当频率为1kHz时，在120℃附近有1个宽的节点转变峰，且介电常数为1920。高压得到的钛酸钡纳米陶瓷的铁电性消失的临界尺寸小于30nm。
此外，纳米化优势还有：随着粉体颗粒尺寸的减小更有利于在低温下实现陶瓷的致密性。
纳米陶瓷的发挥空间
1、防护材料
在防护材料方面，纳米陶瓷展现出惊人的优势。普通陶瓷由于韧性极差，在受到撞击后会出现界面破坏、裂纹扩展等过程，这大大地制约了陶瓷在抗弹方面的发展。而纳米陶瓷的韧性优良，能极好地抵抗冲击。将纳米陶瓷引入到坦克装甲材料中，可以有效提高坦克的抗弹能力；将其引入到炮筒和枪管等表面，可以提高其抗冲击力和抗烧蚀性。由纳米陶瓷和碳纳米管制成的防弹衣，具有极优的抗弹效果。
防弹陶瓷材料，图片来源：山东华美新材料科技股份有限公司
2、生物陶瓷
随着纳米材料研究的深入，纳米生物陶瓷材料的优势将逐步显现，其强度、韧性、硬度以及生物相容性都会有显著提高。经纳米级碳化硅掺杂的羟基磷灰石复合陶瓷的性能比单独的羟基磷灰石陶瓷要提高很多，其抗弯强度、断裂韧性、抗压强度均有显著提高，达到了生物硬组织的水平。纳米颗粒在体内传输方便，这一特点被科学家应用到放射疗法中。在纳米陶瓷微粒中掺杂可以放射出β射线的化学元素，将它们制成β射线源材料，植入到标的物附近，即可对癌变组织进行精准治疗。
3、高温材料
纳米陶瓷材料高耐热性、良好的高温抗氧化性、低密度、高断裂韧性、抗腐蚀性和耐磨性，这对提高航空发动机的涡轮前温度，进而提高发动机的推重比和降低燃料消耗都具有重要作用，有望成为舰艇、军用涡轮发动机高温部件的理想材料，这样可以提高发动机效率、可靠性与工作寿命。
此外，还可以将纳米陶瓷以涂层的方式作用在基体上，通过与常规涂层相比，发现纳米陶瓷涂层的热震次数大大高于普通陶瓷涂层。
4、吸波材料
纳米陶瓷材料除具有优良的力学性能和热物理性能外，高机械强度、化学稳定性好，同时又具有吸波功能，能满足隐身要求，已被广泛用作吸收剂。
5、刀具材料
陶瓷刀具是现代结构陶瓷的一个重要应用领域。陶瓷刀具不仅具有高硬度、高耐磨性，同时在高温下仍保持优良的力学性能，成为制造切削刀具的理想材料。现有的陶瓷刀具材料难以广泛应用于更高的切削速度，而纳米陶瓷刀具同传统的陶瓷刀具相比拥有优异的性能，它的研制成功必将扩大现有陶瓷刀具的加工范围，提高刀具的切削速度、力学性能、切削可靠性和刀具的寿命，从而大大提高生产率。
纳米陶瓷粉末直接关乎最终成品质量
纳米陶瓷的制备过程与普通陶瓷无较大差异，但需要全面综合考虑影响致密化和晶粒粗化的所有影响因素，因此对粉末制备与烧结有更严格的要求。其中纳米陶瓷粉末的制备直接关乎最终纳米陶瓷成品的质量，目前合成纳米陶瓷粉末的方法有物理方法和化学方法，湿法研磨是得到纳米陶瓷粉体比较有效的一种方法，它既避免了化学法制备纳米粉体的高成本，又能达到节能减排，同时也避免了一些传统机械法研磨细度难以达到纳米级粉体的不足，其中纳米砂磨机是湿法研磨的一大利器。
亿富机械NCP-400纳米砂磨机
2023年3月9-10日，中国粉体网将在江西萍乡举办“2022第五届新型陶瓷技术与产业高峰论坛”，我们邀请到东莞市亿富机械科技有限公司总经理陈吕先生作题为《双碳时代下对陶瓷材料纳米研磨的机遇与挑战》的报告。届时，陈总将对纳米砂磨机在先进陶瓷制备中的实际应用情况进行介绍，以期给予纳米陶瓷厂家一些设备选择方面的参考。
参考来源：
[1]雷辉聪，谢志鹏.纳米陶瓷的分散复合技术与烧结工艺的研究进展
[2]张文毓.纳米陶瓷材料研究与应用
[3]张强宏.纳米陶瓷的研究进展
（中国粉体网编辑整理/山川）
注：图片非商业用途，存在侵权告知删除
