文档介绍：纳米陶瓷材料
前言
纳米陶瓷材料是纳米材料的一个分支。从广义上讲,按存在形态的不同可分为零维纳米材料即纳米陶瓷粉,一维纳米陶瓷材料即纳米陶瓷纤维或纳米陶瓷管,二维纳米陶瓷材料即纳米陶瓷膜,三维纳米陶瓷材料即纳米陶瓷块材;按传统陶瓷的概念纳米陶瓷是烧结后的块材,即在陶瓷结构的显微结构中,晶粒、晶界以及它们之间的结合等都处在纳米尺寸水平(1~100nm)。
对纳米陶瓷的研究主要集中在纳米陶瓷的制备上,包括纳米粉体的合成、素坯的成型、纳米陶瓷的烧结等。
纳米陶瓷粉体的制备
纳米陶瓷粉体是指颗粒尺寸为纳米量级的陶瓷颗粒的集合,它的尺度大于原子族,小于通常微粉,是人们研究开发最早的纳米材料之一,在微电子、生物医药等领域已显示出广阔的应用前景。纳米陶瓷粉体的制备是纳米陶瓷材料制备的基础,纳米陶瓷粉体颗粒的大小和形状对制备过程和制品性能有着直接影响。要使纳米陶瓷具有优良的性能,必须要有容易分散、流动性好、高纯度、化学组成均匀、颗粒大小能满足要求,并且粒度分布较窄的纳米粉体材料作为原料。
制备纳米粉体的机械方法
机械粉碎法:典型的纳米粉碎技术有球磨、振动球磨、振动磨、搅拌磨、胶体磨以及气流粉碎。球体在球磨中不仅发生了粒子的粉碎,也会因范德华力、静电引力、离子间的冷焊等原因发生聚合,粉磨的越细,聚合越严重。在球磨介质中加入表面活性剂(助磨剂)可解决球磨过程中粉体的团聚,降低平衡粒度,常用的助磨剂有硬脂酸、乙醇、乙酸乙酯等。加入助磨剂后,。
机械粉碎法尤其适用于制备脆性材料的纳米粉,其中气流粉碎可以连续操作,为大量生产纳米粉体创造了条件。同时,因为没有研磨介质,物料不会受污染。但粉碎过程中物料与气流充分接触,粉碎后物料表面又十分发达,所以吸附的气体很多,粉体在使用前需要排除吸附的气体。
机械力化学反应法:这是将一种或几种物质在高能球磨机中球磨,通过适当控制球磨条件,使材料在球磨过程中粒子尺寸减小、晶格畸变,从而发生晶型转变或者混合物粉体极度无形化、相互之间发生界面反应,在室温下基本合成纳米晶,或在低于传统的退火温度下煅烧得到纳米粉。用该法已制备出ZnFe2O4、NiFe2O4、PZT、TiO2(金红石型)纳米晶。
目前阻碍机械法应用和发展的主要问题是产物的纯净性、粒度的均匀性。
固相法
低温燃烧合成法(LCS):低温燃烧合成可以看做是一种特殊的热分解反应,它采用***盐与有机燃料的混合物作为原料,在较低的点火温度(300℃~500℃)和燃烧放热温度(1000℃~1600℃)下,简便快捷的制备多组分氧化物粉体的方法。
配料时使用***盐的水和物可以降低混合体系的易爆性;有机燃料一般是含有元素N的肼的衍生物,可在较低的温度下分解产生可燃气体。
由于燃烧合成工艺过程中燃烧释放大量的气体,气体的排出使燃烧产物呈蓬松的泡沫状并带走体系中大量的热,而且合成速度很快
,保证了体系能够获得颗粒小,比表面积高的粉体。用该法合成Mn-Zn、Ni-Zn等铁氧体,颗粒尺寸为6~22nm,比表面积为100~140m2/g.
但该工艺产出率低,所用有机燃料价格昂贵,成本高,废气排出量大。
自蔓延高温燃烧合成法: 该方法有两种合成方式,一种是直接合成法,用两种或两种以上反应物直接合成产物。一般需要特制的反应器,设备复杂。多用于制取