纳米陶瓷：开辟工程陶瓷新领域

随着纳米技术的广泛应用,纳米陶瓷随之产生,希望以此克服陶瓷材料的脆性,使陶瓷具有像金属似的柔韧性和可加工性。英国材料学家指出,纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径。利用纳米技术开发的纳米陶瓷材料是指在陶瓷材料的显微结构中．晶粒、晶界以及它们之间的结合都处在纳米水平（1～100nm）,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,为替代工程陶瓷的应用开拓了新领域。     

纳米复相陶瓷刀具性能研究

纳米复相陶瓷刀具材料的研究成功有望从根本上解决陶瓷材料的脆性问题,比起传统陶瓷刀具材料,它具有更高的抗弯强度、断裂韧性等力学性能。本文介绍纳米复相陶瓷的增韧补强机理;对研制高性能纳米陶瓷刀具材料需考虑的主要因素进行了探讨。     

关于陶瓷材料的脆性问题

陶瓷材料众多优点是其他材料所不能比拟的,但是它的致命弱点是它的脆性,陶瓷材料的脆性在很大程度上影响了材料性能的可靠性和一致性,研究陶瓷材料的脆性问题,并提出改善它的有效途径就成为陶瓷材料研究工作者所特别关心的,半个世纪的研究,从陶瓷材料脆性的基础认识研究到有效改善途径的实施,首先是材料中弱界面的建立,诸如纤维补强陶瓷基复合材料、复相陶瓷材料、自增韧陶瓷材料、叠层复合材料、陶瓷材料的晶界应力设计,还有氧化锆增韧陶瓷材料、功能梯度材料、纳米陶瓷材料等都是行之有效的,在此基础上又提出多相材料,同时也研究了多种途径强化与增韧的协同效应。总之,陶瓷材料的脆性问题是可以采用不同的途径在很大程度上使之改善的,但是否可以解决陶瓷材料的脆性问题,尚不能作定论。材料的研究方向向多功能发展,这是材料发展的总趋势。     

山东大学成果集锦

联系人:吕明新电话:0531-8392232、8362065地址:济南山大南路27号邮编:250100科技成果纵横542003/6J201482新型高断裂韧性陶瓷切削刀具和陶瓷纺织剪刀本项目突破传统思路的束缚,从多相陶瓷材料使用可靠性的要求出发,利用粒子强化、相变增韧等多种增韧机制的协同效应,对多相陶瓷材料进行计算机仿真设计,避免陶瓷材料研制的盲目性,从根本上解决复相陶瓷材料的脆性问题,并可根据陶瓷材料不同的使用要求,设计相应的组分、微观结构和合理的制造工艺,保证研制成功符合实际使用要求的陶瓷材料。这种设计思路,使新材料的研制与开发发生根本的变革,…     

氧化铝基金属（金属间化合物）复合陶瓷的力学性能

综述了金属粒子，金属间化合物粒子以及纳米粒子增韧陶瓷的研究现状，分析了各种增韧机理，总结了纳米复合及陶瓷晶界应力设计解决陶瓷的脆性问题。     

2005年度辽宁省科学技术奖励获奖项目选登 自然科学奖一等奖：三元层状可加工陶瓷的制备、多层次结构和性能关系与材料设计

陶瓷材料的脆性和难加工性是限制其应用的两个最主要因素．如何从根本上解决选两个长期制约结构陶瓷应用的难题．一直是国际上该领域的研究重点。新型耐高温、抗氧化、高强度、高模量，抗热冲击、低比重、自润滑的三元层状可加工陶瓷TmAXn的出现．为这个难题的解决提供了可能。由于这类化合物化学键合的各向异性使它们有机地综合了金属和陶瓷的许多共同特征：     

压电材料的研究与发展

本文着重阐述了压电陶瓷材料的性能参数和各种特性以及现在对压电陶瓷的应用和压电陶瓷的发展方向,进而,从时代的角度出发,阐述压电陶瓷复合材料和纳米压电陶瓷材料的必然发展趋势。     

Al2O3陶瓷材料高应变率下的动态力学性能

针对常规SHPB实验系统的不足对其进行改进,采用改进的SHPB实验方法对Al2O3陶瓷材料的动态力学性能进行了实验研究,表明改进的SHPB实验方法可以成功地进行高强度材料高应变率下的动态力学性能实验。实验得到了Al2O3陶瓷材料在不同应变率下的动态应力应变曲线,结果表明,Al2O3陶瓷为弹脆性材料,其动态应力应变呈非线性关系;在高应变率下,陶瓷材料的动态应力应变关系是应变率相关的,材料的初始弹性模量、破坏应力、破坏应变值随应变率的增大而增大。最后对Al2O3陶瓷高应变率下的变形机理进行了讨论。     

纳米α-Al2O3粉添加对氧化铝陶瓷性能的影响

为了解决氧化铝陶瓷脆性大、均匀性差等问题,我们在微米氧化铝粉体中添加一定比例的纳米-αAl2O3粉,研究纳米-αAl2O3粉的添加和成型压力对微米氧化铝陶瓷显微结构和性能的影响。实验结果表明,在粉料挤压成型过程中,纳米-αAl2O3粉可填充到微米氧化铝粉体的孔隙之中,减小了孔隙尺寸;成型压力提高,可减少气孔数量,从而提高了陶瓷素坯的密度,改善了氧化铝陶瓷烧结后的密度和力学性能。     

纳米结构陶瓷涂层精密磨削的初步分析

近年来纳米结构陶瓷涂层材料得到了广泛应用.本文介绍了纳米结构陶瓷涂层材料的磨削特性,概述了工程陶瓷材料的磨削性能,对纳米结构陶瓷涂层精密磨削的材料去除机理进行了初步分析.     

纳米CuO掺杂(Ba0.87Ca0.09Sr0.04)(Ti0.90Zr0.04Sn0.06)O3基Y5V陶瓷的制备与表征

目的以纳米CuO作为烧结助剂制备(Ba0.87Ca0.09Sr0.04)(Ti0.90Zr0.04Sn0.06)O3陶瓷(BC-STZS),研究纳米CuO的用量及烧结温度对BCSTZS陶瓷的微观形貌以及介电性能的影响,以期获得低烧Y5V型陶瓷材料。方法采用固相法掺入纳米CuO制备一系列的BCSTZS陶瓷。通过XRD,TEM和SEM对样品进行表征,并测试陶瓷的介电性能。结果在低温烧结时,陶瓷的密度和介电常数随CuO掺杂量的增加而增大,纳米CuO可以将BCSTZS陶瓷的烧结温度降低到1 150℃。当纳米CuO含量为1.5%(质量分数)时,BCSTZS陶瓷材料满足EIA Y5V标准,其εmax=8 690,介质损耗为1.67%,绝缘电阻率为5×1013Ω.cm。结论采用纳米CuO为助烧剂制备的BCSTZS陶瓷具有气孔率小、密度较大,晶粒大小一致且分布均匀的特点,采用该方法可以在低温下得到满足Y5V标准的BSCTZS基陶瓷材料。该研究具有重要的应用前景。     

纳米陶瓷研究现状及技术发展

纳米陶瓷是近几年来发展起来的先进材料,受纳米微粒基本物理效应的作用,在力、光、电、热、磁等方面具有许多优异性能,特别是室温超塑性、高韧性、低温易烧结等潜在性能将大大拓宽陶瓷材料的应用领域。本文从纳米陶瓷的制备、性能、应用前景以及研究现状等方面作了详细地介绍。     

"新型功能陶瓷材料的制备科学及其关键基础性问题"的研究取得重要进展

新型功能陶瓷是以电、磁、光、声、热、力学、化学和生物等信息的检测、转换、耦合、传输、处理和存储等功能为特征的新型材料,在国民经济和国防建设中具有重要而广泛的应用。随着现代高新技术的发展,功能陶瓷及其应用正向精细化、多功能、智能化、集成化、高性能、高可靠和复合结构发展。因此,解决功能陶瓷材料在制备中的各种基础性科学问题,为我国高性能功能陶瓷材料和元器件的批量、稳定生产提供理论依据,以促进我国功能陶瓷材料制备科学的快速发展是功能材料研究领域的一大核心课题。     

热蚀刻技术在复相陶瓷显微结构研究中的应用

热蚀刻技术是制备陶瓷材料ＳＥＭ样品的一种新方法，通过对ＴＺＰ系复相陶瓷和Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＣｎａｎｏ纳米复相陶瓷折系统实验，总结了最佳热蚀条件。结果表明：适合的热蚀刻条件可以显示晶界和“内晶型”结构中晶内纳米相的分布，是一种方便实用的陶瓷材料ＳＥＭ样品的制备方法。     

纳米颗粒对陶瓷材料力学性能的影响

纳米材料是当今社科研究的热点,对陶瓷材料采用纳米颗粒复合的方法可大大改善其力学性能。本文介绍了纳米复合陶瓷的各种强韧化机理,简述了其制备工艺,对纳米复合陶瓷的内在强韧化机理和最佳制备工艺作了进一步探索。同时给出了我们的部分分散实验结果。     

纳米碳管增强陶瓷基复合材料热残余应力分析

针对纳米碳管与陶瓷材料热膨胀系数的差异导致的热失配问题,采用复合材料细观力学方法,利用有限元分析软件ANSYS建立了不同长径比的纳米碳管增强陶瓷基复合材料模型,模拟降温冷却过程中纳米碳管的性质对纳米碳管增强陶瓷基复合材料热残余应力变化特征的影响;利用轴对称体弹性力学理论导出纳米碳管贯穿陶瓷基体时纳米碳管增强复合材料的热残余应力解析式,所得结果与数值模拟结果一致,证明数值模拟方法的可靠性.研究表明:纳米碳管的弹性模量、热膨胀系数、体积分数、长径比和温度差等因素的变化对复合材料热残余应力有不同程度的影响.     

微波烧结制备Ti(C,N)基金属陶瓷

从现阶段研究情况来看金属陶瓷刀具材料有着极为广泛的应用前景,硬度比硬质合金高,抗弯强度和断裂韧性比陶瓷刀具高,更适合加工淬硬钢与高强度钢。微米和纳米改性金属陶瓷刀具材料是陶瓷材料研究的重要领域。本文着重讨论如何用微波烧结技术制备超细Ti(C,N)基金属陶瓷,并重点研究烧结温度、保温时间和纳米粒子添加量等因素对材料组织与性能的影响规律。     

纳米颗粒对陶瓷材料力学性能的研究

纳米材料是当今材料研究的热点，对陶瓷材料采用纳米颗粒复合的方法可大大改善其力学性能。本文介绍了纳米复合陶瓷的各种强韧化机理，简述了其制备工艺，对纳米复合陶瓷的内在强韧化机理和最佳制备工艺作了进一步探索。同时给出了我们的部分分散实验结果。     

金刚石弥散TZP陶瓷的摩擦和磨损性能及其磨损机制的研究

在干摩擦条件下,在Ｍ－２００磨损试验机上对金刚石弥散增强ＴＺＰ陶瓷的摩擦和磨损性能进行了观察。摩擦试验表明,金刚石含量愈高,摩擦系数愈低,并且愈稳定。磨损试验还表明,金刚石微粉的添加可显著降低该陶瓷的磨损率。用扫描电子显微镜观察磨痕形貌特征。该陶瓷的磨损是以塑尾切削和微区脆性剥离断裂机制为主。并认为硬度和断裂韧性对改善该陶瓷材料的耐磨性能有重要意义。     

汽轮机用陶瓷材料

本文介绍一种耐冲击性极佳的汽轮机用陶瓷材料。 70年代前,汽轮机主要用耐热钢和Ni基耐热合金等材料制作。70年代后,方逐渐用氮化硅和碳化硅陶瓷作汽轮机用材。起初,由于致密度问题难以突破,经常发生因高速旋转产生应力而导致机件损坏。近年来,烧结技术有了突破性进展,致密性问题业已解决,但伴生的脆性又会使材料耐冲击性下降,在汽轮机运转时由