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引言
曾有科學(xué)家預(yù)言，在21世紀(jì)納米材料將成為“最有前途的材料”，并將納米技術(shù)研究列入21世紀(jì)前10年11個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域之一，而這些都與“納米復(fù)相陶瓷”顯露出的優(yōu)異性能分不開(kāi)。
早在20世紀(jì)90年代末，一位叫Niihara的教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組報(bào)道了一些有關(guān)納米復(fù)相陶瓷的令人振奮的試驗(yàn)結(jié)果，如Al2O3-SiC（體積分?jǐn)?shù)為5%）晶內(nèi)型納米復(fù)合陶瓷的室溫強(qiáng)度達(dá)到了單組分Al2O3陶瓷的3～4倍，在1100℃強(qiáng)度達(dá)1500MPa，這些引起了材料研究者的極大興趣。從那時(shí)起直到現(xiàn)在，納米復(fù)相陶瓷的研究不斷深入。
納米復(fù)相陶瓷的力學(xué)性能
納米復(fù)合陶瓷概述
納米復(fù)相陶瓷是指：通過(guò)有效的分散、復(fù)合而使異質(zhì)相（第二相）納米粒子均勻彌散地保留在陶瓷基體中而得到的復(fù)合材料。相比單一組分陶瓷，納米復(fù)合陶瓷的性能有大幅度地提高，且幅度之大遠(yuǎn)不是一般微米級(jí)復(fù)相陶瓷所能比的。
而這與其微觀結(jié)構(gòu)的改變有著直接的關(guān)系，例如：納米粒子的種類、數(shù)量、晶粒粒徑及粒徑分布、形貌、晶界、中間相、晶內(nèi)缺陷、晶間純度、晶間殘余應(yīng)力等等，都與性能的改善存在一定的關(guān)系。
制備納米復(fù)相陶瓷的主要目的就是充分發(fā)揮陶瓷的高硬度、耐高溫、耐腐蝕性并改善其脆性，應(yīng)用于高溫燃?xì)廨啓C(jī)、航天航空部件等非常重要的領(lǐng)域。那么納米復(fù)合陶瓷是如何制備的呢？
（圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）
納米復(fù)合陶瓷制備方法綜覽
目前所開(kāi)發(fā)出的各種新型的納米復(fù)相陶瓷材料合成技術(shù)，包括：機(jī)械混合分散-成型-燒結(jié)法、液相分散-成型-燒結(jié)法、原位生成-成型-燒結(jié)法、復(fù)合粉末-成型-燒結(jié)法、直接成型-燒結(jié)法、表面改性-成型-燒結(jié)法等，這些制備技術(shù)各具特色，適用范圍不盡相同，同時(shí)均存在自身的局限性，其中大多數(shù)技術(shù)由于設(shè)備昂貴、工藝復(fù)雜且難以控制而長(zhǎng)期處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。
機(jī)械混合分散-成型-燒結(jié)法
機(jī)械混合分散法的主要過(guò)程是將基質(zhì)粉末與納米粉體進(jìn)行混合、球磨，然后燒結(jié)。不足之處在于球磨本身不能完全破壞納米顆粒之間的團(tuán)聚，不能保證兩相組成的均勻分散，以致球磨之后顆粒團(tuán)聚、沉降，造成進(jìn)一步的不均勻。
液相分散-成型-燒結(jié)法
液相分散法的主要過(guò)程為將已取得的納米粉體分散于含有基體組分的溶液中，通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)，在沒(méi)有析晶、團(tuán)聚、沉降的情況下使體系凍結(jié)、凝膠，經(jīng)熱處理而得到復(fù)合粉末。用這種方法制備的納米復(fù)相陶瓷，其顯微結(jié)構(gòu)更為精密，力學(xué)性能比機(jī)械球磨分散制得的樣品有所提高。
原位生成-成型-燒結(jié)法
原位生成技術(shù)作為一種突破性的復(fù)合技術(shù)而受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的普遍重視。其原理是：根據(jù)材料設(shè)計(jì)的要求選擇適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)劑（氣相、液相或固相），在適當(dāng)?shù)臏囟认陆柚闹g的物理化學(xué)反應(yīng)，原位生成分布均勻的第二相（或稱增強(qiáng)相）。
由于原位生成技術(shù)基本上能克服其他工藝通常出現(xiàn)的一系列問(wèn)題，如克服基體與第二相或與增強(qiáng)體浸潤(rùn)不良，界面反應(yīng)產(chǎn)生脆性層，第二相或增強(qiáng)相分布不均勻，特別是微小的（亞微米級(jí)和納米級(jí)）第二相或增強(qiáng)相極難進(jìn)行復(fù)合等問(wèn)題，因而在開(kāi)發(fā)新型金屬基納米復(fù)合材料方面具有巨大的潛力。
復(fù)合粉末-成型-燒結(jié)法
復(fù)合粉末法是經(jīng)化學(xué)、物理過(guò)程直接制取基體和彌散相均勻分散的復(fù)合粉體，然后成型燒結(jié)。其制備方法有CVD法、先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法、激光合成法等。采用這種方法，復(fù)合粉體中已經(jīng)包含所需的所有納米相，納米相在復(fù)合粉體中已經(jīng)均勻分散，不存在納米相分散和團(tuán)聚的問(wèn)題。使用此方法制備納米復(fù)合材料可獲得高的強(qiáng)度。
直接成型-燒結(jié)法
納米顆粒在干燥、致密化過(guò)程中的再團(tuán)聚和異常長(zhǎng)大是制備納米材料的難點(diǎn)之一。而直接成型法是制成均勻分散的高固相含量料漿后，直接注模成型，在引發(fā)劑或生物酶的作用下使體系快速凝膠化制得坯體，避免了顆粒烘干時(shí)的再團(tuán)聚，可以實(shí)現(xiàn)燒結(jié)時(shí)的等比例收縮且可以制成形狀復(fù)雜的部件，是陶瓷成型方法的重要進(jìn)步。
表面改性-成型-燒結(jié)法
該方法是將微米或納米粉體表面通過(guò)化學(xué)或物理方法包裹一層氧化物或接枝小分子鏈或高分子鏈，從而改變膠粒表面的酸度、等電點(diǎn)及電動(dòng)電位等，阻止納米粒子的團(tuán)聚，改善分散效果。對(duì)顆粒表面進(jìn)行包覆改性主要是通過(guò)沉淀反應(yīng)包覆和溶膠-凝膠反應(yīng)包覆。
部分制備技術(shù)的局限
機(jī)械混合分散法制備的粉體存在粒徑分布寬且粉體分布不均勻的問(wèn)題；液相分散法中起關(guān)鍵作用的分散劑目前還很少系列化的產(chǎn)品，研究也不夠系統(tǒng)；表面改性法在陶瓷顆粒濕法球磨前先使納米相初步分散，使材料性能較液相分散法有所提高，但在表面改性和后續(xù)球磨過(guò)程中仍存在納米相分散問(wèn)題；直接成型法成本低廉，可成型各種形狀的復(fù)雜部件，是大批量生產(chǎn)高性能陶瓷的理想的方法，但制備高固相含量的陶瓷漿料是其難點(diǎn)之一。
燒結(jié)技術(shù)尤為重要
納米復(fù)相陶瓷的出現(xiàn)為解決陶瓷的脆性提供了一個(gè)可行性途徑，由于納米顆粒能夠抑制基體顆粒的長(zhǎng)大，使結(jié)構(gòu)均細(xì)化，從而改善材料的力學(xué)性能。但同時(shí)納米顆粒由于極大的比表面積，在燒結(jié)過(guò)程中極易發(fā)生長(zhǎng)大，從而失去納米顆粒的特性，結(jié)果不但不能改善材料的性能，反而還有可能嚴(yán)重降低材料的性能，因此要得到真正意義上的納米復(fù)相陶瓷，選擇合適的燒結(jié)技術(shù)顯得尤為重要。
傳統(tǒng)的燒結(jié)方法由于需要較高的溫度和較長(zhǎng)的保溫時(shí)間，燒結(jié)出來(lái)的納米陶瓷中很難保持有納米尺度(<100nm)的微結(jié)構(gòu)，從而失去納米材料的特性�；诖水a(chǎn)生了諸如熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)、超高壓燒結(jié)、放電等離子燒結(jié)、微波燒結(jié)、選擇性激光燒結(jié)、爆炸燒結(jié)和反應(yīng)燒結(jié)等多種先進(jìn)的燒結(jié)技術(shù)。
納米復(fù)相陶瓷材料的燒結(jié)技術(shù)，其設(shè)計(jì)思路主要是通過(guò)控制燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間來(lái)控制晶粒長(zhǎng)大，不同的燒結(jié)技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，在應(yīng)用上有一定局限性。不同材料，采用的燒結(jié)技術(shù)或工藝可能不同，如何合理地選用燒結(jié)技術(shù)及優(yōu)化燒結(jié)工藝參數(shù)等都有待完善。
小結(jié)
制備納米復(fù)相陶瓷材料所要解決的首要問(wèn)題是納米增強(qiáng)相的分散問(wèn)題，綜合來(lái)看，原位生成法和復(fù)合粉末法這兩種制備方法較為理想。但這些成果大多處于實(shí)驗(yàn)室階段，如何降低成本，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)是亟待解決的問(wèn)題。
同時(shí)，加強(qiáng)納米復(fù)合粉體的制備研究，解決納米相的均勻分散問(wèn)題，加強(qiáng)納米陶瓷的制備工藝研究，研制出具有高性能、復(fù)雜形狀陶瓷部件的成熟工藝將是以后發(fā)展的重點(diǎn)。
參考資料：
邵剛勤，等：納米陶瓷、復(fù)相陶瓷及納米復(fù)相陶瓷
喇培清，等：納米復(fù)相陶瓷制備技術(shù)的研究現(xiàn)狀
李曉賀，等：納米復(fù)相陶瓷材料的燒結(jié)技術(shù)
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