、仿生增韧及纳米复合等。(2) 结构微细化、纳米化从20世纪80年代开始,纳米结构陶瓷的研究受到高度重视。当致密陶瓷的晶粒尺寸由微米细化到纳米级时,其晶界数量呈几何级数增加,应力可通过晶界的滑移作用而消失,使纳米陶瓷在一定的温度和应变速率条件下表现出超塑性,为陶瓷材料在高新技术领域中发挥更大的作用,获得更广泛的应用奠定了基础。目前纳米陶瓷粉末的制备技术已取得很大进展,用共沉淀法、溶胶-凝胶法和化学气相沉积法制备纳米陶瓷粉末的技术已趋于成熟,纳米粉末正获得日益广泛的应用市场。(3) 性能可设计、可模拟随着科学技术的进步,结构陶瓷的研究已从过去的经验为主步入到能初步按照使用性能上的要求对陶瓷材料进行设计和裁剪,同时一系列大型分析软件如Studio、Ansys等可用于材料的性能与结构关系分析,对所设计材料的结构和性能进行模拟和预测。这样,可大幅度地减少实验工作量,提高研究效率,并为一些新型材料的发现提供了理论指导。1.2 高性能陶瓷的基本特性陶瓷材料的特性主要由其化学键、晶体结构以及晶体缺陷等决定。从晶体结构看,陶瓷材料的原子间结合力主要为离子键、共价键或离子–共价混合键。这些化学键不仅结合强度高,而且还具有方向性。晶体缺陷(特别是线缺陷和位错)可以在晶体中运动,位错沿最密排面、最密排方向运动所需的临界切应力很小。这种位错的大量运动,使晶面产生明显的滑移现象,并产生宏观塑性变形。宏观塑性变形前后,金属键的结合强度并不明显改变,但是陶瓷中的离子键、共价键则不同。因陶瓷晶体结构复杂,对称性低,当位错沿滑移面运动时,晶体结构难以复原(因破坏了正负离子排列的最小能量状态),可能导致原子键的破坏,出现毫无塑性变形的脆性断裂。由于结合键的不同,金属和陶瓷材料的性质差异极大,陶瓷的熔点和硬度可能比同种元素的金属提高几倍到十几倍,如Al2O3的熔点约为金属铝的3倍,而硬度则比金属铝高出10多倍。
全文预览
