纳米科技是21 世纪最重要的科学技术之一，其中应运而生的纳米材料，因具有独特的性能而被广泛使用。纳米材料不仅颠覆了人们提对材料学的传统认识，重新定义了材料的结构，而且为解决材料领域的难点问题提供了新思路。传统陶瓷材料由于质地较脆，韧性、强度较差，因而使其应用受到了很大限制。但随着纳米材料开始运用在陶瓷中，极大地改善了传统陶瓷的性能短板，使得陶瓷材料的应用跨上了一个新台阶。那么究竟是什么原因使得人们开始追求纳米陶瓷，它又与传统陶瓷有什么不同之处。

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一、什么是纳米陶瓷

所谓纳米陶瓷，是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的陶瓷材料，也就是说晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布﹑缺陷尺寸等都是在纳米量级的水平上。其尺寸的纳米化大大提升了晶界数量，使材料的超塑性和力学性能大为提高，极为有效地克服了传统陶瓷的弊端。

二、纳米陶瓷的分类

纳米陶瓷材料依据性能可分为2大类型：一类是纳米结构陶瓷，另一类是纳米功能陶瓷。

纳米陶瓷分类

三、“纳米级”带来的优势

纳米氧化物粉体是介于固体与分子之间的具有纳米尺寸（1～100 nm）的亚稳态中间物质。随着粉体的超细化，表面的电子结构和晶体结构发生变化，具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应等特殊效应。因此，纳米陶瓷粉体材料在电学、力学、磁学具有优异的性能。

（1）力学性能

因为纳米材料具有大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件下很容易迁移，因此表现出甚佳的韧性与一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力学性质。

（2）超塑性

超塑性是指在拉伸试验中，在一定的应变速率下，材料会产生较大的拉伸形变。普通陶瓷是一种脆性材料，在常温下没有超塑性，很难发生形变。而纳米陶瓷由于粒径较小，且界面的原子排列较复杂、混乱，又含有众多的不饱和键。原子在变形作用下很容易发生移动，因此表现出较好的延展性和韧性。

（3）铁电性

陶瓷的晶体尺寸直接影响其铁电性能。随着晶粒尺寸的降低，其铁电性能会逐渐降低。当其尺寸小到一定值时，材料的整个铁电性能会消失。

（4）高的化学活性

纳米材料固有的表面效应使其表面原子存在许多悬空键，并且有不饱和性质，具有很高的化学活性。这一特性可以增加该材料的生物活性和成骨诱导能力，实现植入材料在体内的早期固定。

四、“纳米级”陶瓷的应用

由于尺寸的纳米化大大提升了晶界数量，使材料的超塑性和力学性能大为提高，极为有效地克服了传统陶瓷的弊端。同时，材料性质主要由原子的短程序性决定，可望通过原子排列的变化而使材料具有新的性能。纳米颗粒与光子、电子或位错的相互作用﹐能导致产生不寻常且有用的光学、电子及磁、力学等性能。这些，都为陶瓷产业带来了更为广阔的应用未来。

（1）防护与涂层领域

现阶段，陶瓷的纳米化最广泛的应用在涂层与包覆材料方面。因为纳米化陶瓷具有极小的热导率和特殊的电磁性能，所以人们常通过一定的物理和化学方法，将其均匀地包覆在物体表面，用作隔热、抗氧化、耐磨、生物、压电和吸波涂层。如：

防护与涂层领域应用

喷陶瓷三槽分线轮拉丝机导轮 图片来源：泓智机械

（2）生物医学材料

随着人们对纳米陶瓷研究的不断深入，其在生物医学应用方面的潜力得到了较大的挖掘。要使生物陶瓷契合某些特殊的生理行为，必须满足以下要求：

（1）对生物体友好，无毒、无刺激、无致癌等效果；

（2）满足一定的应力要求，能起到支撑、摩擦等特殊作用；

（3）能与人体其他组织相互结合。

纳米陶瓷材料极好地满足了以上条件，这为其在生物医学方面的发展奠定了基础。

生物医学材料方面应用

纳米生物陶瓷远红外临床应用 图片来源：网络

（3） 新型刀具

陶瓷刀具是现代结构陶瓷的一个重要应用领域。陶瓷刀具不仅具有高硬度、高耐磨性，同时在高温下仍保持优良的力学性能，成为制造切削刀具的理想材料。如：合肥工业大学主持的纳米TiN、AIN改性的TiC基金属陶瓷刀具制造技术通过了有关部门的鉴定﹐这标志着我国利用纳米陶瓷制备的新型刀具正式诞生。此类刀具具有良好的韧性与强度，现已得到了较大的发展。

新型刀具应用

 火候纳米陶瓷刀 图片来源：小米有品

总结

陶瓷纳米化在化学、力学、光吸收、磁性等方面具有卓越的性质，因此，在今后的特殊材料与特殊技术方面都将会起到极其重要的作用，其应用范围将会越来越广。纳米陶瓷材料作为一种新型高性能材料，越来越受到世界各国材料科学工作者的关注。目前纳米陶瓷材料的研究尚属起步，许多工艺问题有待解决。纳米陶瓷材料的广泛应用前景为其研究方向增添巨大动力，而科学技术的迅速发展也必将加速纳米陶瓷材料研究的进程。

参考文献：

1、纳米陶瓷的研究进展  张强宏

2、纳米陶瓷材料研究与应用  张文毓

3、纳米陶瓷的特性和烧结  肖长江等

4、纳米陶瓷涂层的特性及研究现状  宋子豪等

5、纳米陶瓷及其在刀具中的应用与研究  许崇海等

6、纳米生物医用陶瓷的应用及展望  涂浩等

作者：晴天