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納米科技是21 世紀最重要的科學技術之一，其中應運而生的納米材料，因具有獨特的性能而被廣泛使用。納米材料不僅顛覆了人們提對材料學的傳統認識，重新定義了材料的結構，而且為解決材料領域的難點問題提供了新思路。傳統陶瓷材料由于質地較脆，韌性、強度較差，因而使其應用受到了很大限制。但隨著納米材料開始運用在陶瓷中，極大地改善了傳統陶瓷的性能短板，使得陶瓷材料的應用跨上了一個新臺階。那么究竟是什么原因使得人們開始追求納米陶瓷，它又與傳統陶瓷有什么不同之處。

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一、什么是納米陶瓷

所謂納米陶瓷，是指顯微結構中的物相具有納米級尺度的陶瓷材料，也就是說晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布﹑缺陷尺寸等都是在納米量級的水平上。其尺寸的納米化大大提升了晶界數量，使材料的超塑性和力學性能大為提高，極為有效地克服了傳統陶瓷的弊端。

二、納米陶瓷的分類

納米陶瓷材料依據性能可分為2大類型：一類是納米結構陶瓷，另一類是納米功能陶瓷。

納米陶瓷分類

三、“納米級”帶來的優勢

納米氧化物粉體是介于固體與分子之間的具有納米尺寸（1～100 nm）的亞穩態中間物質。隨著粉體的超細化，表面的電子結構和晶體結構發生變化，具有表面效應、小尺寸效應、量子尺寸效應等特殊效應。因此，納米陶瓷粉體材料在電學、力學、磁學具有優異的性能。

（1）力學性能

因為納米材料具有大的界面，界面的原子排列是相當混亂的，原子在外力變形的條件下很容易遷移，因此表現出甚佳的韌性與一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力學性質。

（2）超塑性

超塑性是指在拉伸試驗中，在一定的應變速率下，材料會產生較大的拉伸形變。普通陶瓷是一種脆性材料，在常溫下沒有超塑性，很難發生形變。而納米陶瓷由于粒徑較小，且界面的原子排列較復雜、混亂，又含有眾多的不飽和鍵。原子在變形作用下很容易發生移動，因此表現出較好的延展性和韌性。

（3）鐵電性

陶瓷的晶體尺寸直接影響其鐵電性能。隨著晶粒尺寸的降低，其鐵電性能會逐漸降低。當其尺寸小到一定值時，材料的整個鐵電性能會消失。

（4）高的化學活性

納米材料固有的表面效應使其表面原子存在許多懸空鍵，并且有不飽和性質，具有很高的化學活性。這一特性可以增加該材料的生物活性和成骨誘導能力，實現植入材料在體內的早期固定。

四、“納米級”陶瓷的應用

由于尺寸的納米化大大提升了晶界數量，使材料的超塑性和力學性能大為提高，極為有效地克服了傳統陶瓷的弊端。同時，材料性質主要由原子的短程序性決定，可望通過原子排列的變化而使材料具有新的性能。納米顆粒與光子、電子或位錯的相互作用﹐能導致產生不尋常且有用的光學、電子及磁、力學等性能。這些，都為陶瓷產業帶來了更為廣闊的應用未來。

（1）防護與涂層領域

現階段，陶瓷的納米化最廣泛的應用在涂層與包覆材料方面。因為納米化陶瓷具有極小的熱導率和特殊的電磁性能，所以人們常通過一定的物理和化學方法，將其均勻地包覆在物體表面，用作隔熱、抗氧化、耐磨、生物、壓電和吸波涂層。如：

防護與涂層領域應用

噴陶瓷三槽分線輪拉絲機導輪 圖片來源：泓智機械

（2）生物醫學材料

隨著人們對納米陶瓷研究的不斷深入，其在生物醫學應用方面的潛力得到了較大的挖掘。要使生物陶瓷契合某些特殊的生理行為，必須滿足以下要求：

（1）對生物體友好，無毒、無刺激、無致癌等效果；

（2）滿足一定的應力要求，能起到支撐、摩擦等特殊作用；

（3）能與人體其他組織相互結合。

納米陶瓷材料極好地滿足了以上條件，這為其在生物醫學方面的發展奠定了基礎。

生物醫學材料方面應用

納米生物陶瓷遠紅外臨床應用 圖片來源：網絡

（3） 新型刀具

陶瓷刀具是現代結構陶瓷的一個重要應用領域。陶瓷刀具不僅具有高硬度、高耐磨性，同時在高溫下仍保持優良的力學性能，成為制造切削刀具的理想材料。如：合肥工業大學主持的納米TiN、AIN改性的TiC基金屬陶瓷刀具制造技術通過了有關部門的鑒定﹐這標志著我國利用納米陶瓷制備的新型刀具正式誕生。此類刀具具有良好的韌性與強度，現已得到了較大的發展。

新型刀具應用

 火候納米陶瓷刀 圖片來源：小米有品

總結

陶瓷納米化在化學、力學、光吸收、磁性等方面具有卓越的性質，因此，在今后的特殊材料與特殊技術方面都將會起到極其重要的作用，其應用范圍將會越來越廣。納米陶瓷材料作為一種新型高性能材料，越來越受到世界各國材料科學工作者的關注。目前納米陶瓷材料的研究尚屬起步，許多工藝問題有待解決。納米陶瓷材料的廣泛應用前景為其研究方向增添巨大動力，而科學技術的迅速發展也必將加速納米陶瓷材料研究的進程。

參考文獻：

1、納米陶瓷的研究進展  張強宏

2、納米陶瓷材料研究與應用  張文毓

3、納米陶瓷的特性和燒結  肖長江等

4、納米陶瓷涂層的特性及研究現狀  宋子豪等

5、納米陶瓷及其在刀具中的應用與研究  許崇海等

6、納米生物醫用陶瓷的應用及展望  涂浩等

作者：晴天