工程陶瓷又叫結(jié)構(gòu)陶瓷，因其具有硬度高、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕以及質(zhì)量輕、導熱性能好等優(yōu)點，得到了廣泛的應用。但是工程陶瓷的缺陷在于它的脆性（裂紋）、均勻性差、可靠性低、韌性、強度較差，因而使其應用受到了較大的限制。隨著納米技術(shù)的廣泛應用，納米陶瓷隨之產(chǎn)生，希望以此來克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有象金屬似柔韌性和可加工性。英國材料學家Cahn指出，納米陶瓷是解決陶瓷脆性的戰(zhàn)略途徑。
1納米技術(shù)與納米陶瓷
利用納米技術(shù)開發(fā)的納米陶瓷材料是指在陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu)中，晶粒、晶界以及它們之間的結(jié)合都處在納米水平（1～100nm），使得材料的強度、韌性和超塑性大幅度提高，克服了工程陶瓷的許多不足，并對材料的力學、電學、熱學、磁學、光學等性能產(chǎn)生重要影響，為替代工程陶瓷的應用開拓了新領(lǐng)域。
1．1納米陶瓷粉體
納米陶瓷粉體是介于固體與分子之間的具有納米數(shù)量級（1～100nm）尺寸的亞穩(wěn)態(tài)中間物質(zhì)。隨著粉體的超細化，其表面電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生了塊狀材料所不具有的特殊的效應。
具體地說納米粉體材料具有以下的優(yōu)良性能：極小的粒徑、大的比表面積和高的化學性能，可以顯著降低材料的燒結(jié)致密化程度、節(jié)能能源；使陶瓷材料的組成結(jié)構(gòu)致密化、均勻化，改善陶瓷材料的性能，提高其使用可靠性；可以從納米材料的結(jié)構(gòu)層次（l～100nm）上控制材料的成分和結(jié)構(gòu)，有利于充分發(fā)揮陶瓷材料的潛在性能。另外，由于陶瓷粉料的顆粒大小決定了陶瓷材料的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能。如果粉料的顆粒堆積均勻，燒成收縮一致且晶粒均勻長大，那么顆粒越小產(chǎn)生的缺陷越小，所制備的材料的強度就相應越高，這就可能出現(xiàn)一些大顆粒材料所不具備的獨特性能。
1．2納米陶瓷的制備
納米陶瓷的制備工藝主要包括納米粉體的制備、成型和燒結(jié)。目前世界上對納米陶瓷粉體的制備方法多種多樣，但應用較廣且方法較成熟的主要有氣相合成和凝聚相合成2種，再加上一些其它方法。
氣相合成：主要有氣相高溫裂解法、噴霧轉(zhuǎn)化法和化學氣相合成法，這些方法較具實用性�；瘜W氣相合成法可以認為是惰性氣體凝聚法的一種變型，它既可制備納米非氧化物粉體，也可制備納米氧化物粉體。這種合成法增強了低溫下的可燒結(jié)性，并且有相對高的純凈性和高的表面及晶粒邊界純度。原料的坩堝中經(jīng)加熱直接蒸發(fā)成氣態(tài)，以產(chǎn)生懸浮微粒和或煙霧狀原子團。原子團的平均粒徑可通過改變蒸發(fā)速率以及蒸發(fā)室內(nèi)的惰性氣體的壓強來控制，粒徑可小至3～4nm，是制備納米陶瓷*有希望的途徑之一。
凝聚相合成（溶膠一凝膠法）：是指在水溶液中加入有機配體與金屬離子形成配合物，通過控制PH值、反應溫度等條件讓其水解、聚合，經(jīng)溶膠→凝膠而形成一種空間骨架結(jié)構(gòu)，再脫水焙燒得到目的產(chǎn)物的一種方法。此法在制備復合氧化物納米陶瓷材料時具有很大的優(yōu)越性。凝聚相合成已被用于生產(chǎn)小于10nm的SiO2、Al2O3和TiO2納米團。
從納米粉制成塊狀納米陶瓷材料，就是通過某種工藝過程，除去孔隙，以形成致密的塊材，而在致密化的過程中，又保持了納米晶的特性。方法有：沉降法：如在固體襯底上沉降；原位凝固法：在反應室內(nèi)設置一個充液氮的冷卻管，納米團冷凝于外管壁，然后用刮板刮下，直接經(jīng)漏斗送人壓縮器，壓縮成一定形狀的塊材；燒結(jié)或熱壓法：燒結(jié)溫度提高，增加了物質(zhì)擴散率，也就增加了孔隙消除的速率，但在燒結(jié)溫度下，納米顆粒以較快的速率粗化，制成塊狀納米陶瓷材料。
互．
3納米陶瓷的特性
90年代初，日本Niihara*報道了以納米尺寸的碳化硅顆粒為第二相的納米復相陶瓷，具有很高的力學性能。納米顆粒Si3N4、SIC超細微粉分布在材料在內(nèi)部晶粒內(nèi)，增強了晶界強度，提高了材料的力學性能，易碎的陶瓷可以變成富有韌性的特殊材料。
納米陶瓷的特性主要在于力學性能方面，包括納米陶瓷材料的硬度，斷裂韌度和低溫延展性等。納米級陶瓷復合材料的力學性能，特別是在高溫下使硬度、強度得以較大的提高。有關(guān)研究表明，納米陶瓷具有在較低溫度下燒結(jié)就能達到致密化的優(yōu)越性，而且納米陶瓷出現(xiàn)將有助于解決陶瓷的強化和增韌問題。在室溫壓縮時，納米顆粒已有很好的結(jié)合，高于500℃很快致密化，而晶粒大小只有稍許的增加，所得的硬度和斷裂韌度值更好，而燒結(jié)溫度卻要比工程陶瓷低400～600℃，且燒結(jié)不需要任何的添加劑。其硬度和斷裂韌度隨燒結(jié)溫度的增加（即孔隙度的降低）而增加，故低溫燒結(jié)能獲得好的力學性能。通常，硬化處理使材料變脆，造成斷裂韌度的降低，而就納米晶而言，硬化和韌化由孔隙的消除來形成，這樣就增加了材料的整體強度。因此，如果陶瓷材料以納米晶的形式出現(xiàn)，可觀察到通常為脆性的陶瓷可變成延展性的，在室溫下就允許有大的彈性形變。
由于納米陶瓷具有的獨特性能，如做外墻用的建筑陶瓷材料則具有自清潔和防霧功能。隨著高技術(shù)的不斷出現(xiàn)，人們對納米陶瓷寄予很大希望，世界各國的科研工作者正在不斷研究開發(fā)納米陶瓷粉體并以此為原料合成高技術(shù)納米陶瓷。
2高性能陶瓷與納米陶瓷的發(fā)展趨勢
2．1高性能陶瓷的市場發(fā)展預測
從一些主要工業(yè)國家的高性能陶瓷（包括納米陶瓷）、工程陶瓷的市場統(tǒng)計和預測（見表1、表2．表3）可以看出，高性能陶瓷每5年的銷售額翻一番，在2000年達到大約500億美元的市場，平均每年的增長率在14％～15％左右，發(fā)展是極其迅速的。從工程陶瓷在高性能陶瓷中所占的比例來看，也是不斷增長的，這說明在高性能陶瓷中，工程陶瓷的發(fā)展更快更有前景。而具有高性能的納米陶瓷如在高溫下具有高強度、高硬度以及優(yōu)良抗氧化性、耐磨性、耐腐蝕性的產(chǎn)品市場前景更是看好。
表1西方國家高性能陶瓷（包括納米陶瓷）
市場及預測（10億美元）
|
國別 |
1980年 |
1985年 |
1990年 |
1995年 |
2000年 |
|
美國
日本
歐洲及其它國家
總計 |
1.0~1.5
1.4~1.9
0.6~0.9
3.0~4.3
|
1.3
2.8
0.9
5.0 |
5~6
6.5~7.5
0.5~1.5
12~15 |
7~11
9~14
1~15
17~40
|
20
24
9
53 |
表2美國高性能陶瓷市場及預測
|
產(chǎn)品 |
1985年 |
1990年 |
1995年 |
2000年 |
|
電子陶瓷
切削材料
耐磨產(chǎn)品
其他
工程陶瓷占% |
1708
45
45
6
6 |
3640
380
180
15
25 |
6565
600
375
36
30 |
11360
960
540
70
41 |
表3日本目性能陶瓷市場及預測（1億日元）
|
產(chǎn)品 |
1985年 |
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