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引言
曾有科學家預言，在21世紀納米材料將成為“最有前途的材料”，并將納米技術研究列入21世紀前10年11個關鍵領域之一，而這些都與“納米復相陶瓷”顯露出的優(yōu)異性能分不開。
早在20世紀90年代末，一位叫Niihara的教授領導的研究小組報道了一些有關納米復相陶瓷的令人振奮的試驗結果，如Al2O3-SiC（體積分數(shù)為5%）晶內(nèi)型納米復合陶瓷的室溫強度達到了單組分Al2O3陶瓷的3～4倍，在1100℃強度達1500MPa，這些引起了材料研究者的極大興趣。從那時起直到現(xiàn)在，納米復相陶瓷的研究不斷深入。
納米復相陶瓷的力學性能
納米復合陶瓷概述
納米復相陶瓷是指：通過有效的分散、復合而使異質(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合材料。相比單一組分陶瓷，納米復合陶瓷的性能有大幅度地提高，且幅度之大遠不是一般微米級復相陶瓷所能比的。
而這與其微觀結構的改變有著直接的關系，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、晶間殘余應力等等，都與性能的改善存在一定的關系。
制備納米復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，應用于高溫燃氣輪機、航天航空部件等非常重要的領域。那么納米復合陶瓷是如何制備的呢？
（圖片來源：網(wǎng)絡）
納米復合陶瓷制備方法綜覽
目前所開發(fā)出的各種新型的納米復相陶瓷材料合成技術，包括：機械混合分散-成型-燒結法、液相分散-成型-燒結法、原位生成-成型-燒結法、復合粉末-成型-燒結法、直接成型-燒結法、表面改性-成型-燒結法等，這些制備技術各具特色，適用范圍不盡相同，同時均存在自身的局限性，其中大多數(shù)技術由于設備昂貴、工藝復雜且難以控制而長期處于實驗室研究階段。
機械混合分散-成型-燒結法
機械混合分散法的主要過程是將基質(zhì)粉末與納米粉體進行混合、球磨，然后燒結。不足之處在于球磨本身不能完全破壞納米顆粒之間的團聚，不能保證兩相組成的均勻分散，以致球磨之后顆粒團聚、沉降，造成進一步的不均勻。
液相分散-成型-燒結法
液相分散法的主要過程為將已取得的納米粉體分散于含有基體組分的溶液中，通過調(diào)整工藝參數(shù)，在沒有析晶、團聚、沉降的情況下使體系凍結、凝膠，經(jīng)熱處理而得到復合粉末。用這種方法制備的納米復相陶瓷，其顯微結構更為精密，力學性能比機械球磨分散制得的樣品有所提高。
原位生成-成型-燒結法
原位生成技術作為一種突破性的復合技術而受到國內(nèi)外學者的普遍重視。其原理是：根據(jù)材料設計的要求選擇適當?shù)姆磻獎庀唷⒁合嗷蚬滔啵�，在適當?shù)臏囟认陆柚闹g的物理化學反應，原位生成分布均勻的第二相（或稱增強相）。
由于原位生成技術基本上能克服其他工藝通常出現(xiàn)的一系列問題，如克服基體與第二相或與增強體浸潤不良，界面反應產(chǎn)生脆性層，第二相或增強相分布不均勻，特別是微小的（亞微米級和納米級）第二相或增強相極難進行復合等問題，因而在開發(fā)新型金屬基納米復合材料方面具有巨大的潛力。
復合粉末-成型-燒結法
復合粉末法是經(jīng)化學、物理過程直接制取基體和彌散相均勻分散的復合粉體，然后成型燒結。其制備方法有CVD法、先驅體轉化法、激光合成法等。采用這種方法，復合粉體中已經(jīng)包含所需的所有納米相，納米相在復合粉體中已經(jīng)均勻分散，不存在納米相分散和團聚的問題。使用此方法制備納米復合材料可獲得高的強度。
直接成型-燒結法
納米顆粒在干燥、致密化過程中的再團聚和異常長大是制備納米材料的難點之一。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，避免了顆粒烘干時的再團聚，可以實現(xiàn)燒結時的等比例收縮且可以制成形狀復雜的部件，是陶瓷成型方法的重要進步。
表面改性-成型-燒結法
該方法是將微米或納米粉體表面通過化學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、等電點及電動電位等，阻止納米粒子的團聚，改善分散效果。對顆粒表面進行包覆改性主要是通過沉淀反應包覆和溶膠-凝膠反應包覆。
部分制備技術的局限
機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題；液相分散法中起關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)球磨過程中仍存在納米相分散問題；直接成型法成本低廉，可成型各種形狀的復雜部件，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之一。
燒結技術尤為重要
納米復相陶瓷的出現(xiàn)為解決陶瓷的脆性提供了一個可行性途徑，由于納米顆粒能夠抑制基體顆粒的長大，使結構均細化，從而改善材料的力學性能。但同時納米顆粒由于極大的比表面積，在燒結過程中極易發(fā)生長大，從而失去納米顆粒的特性，結果不但不能改善材料的性能，反而還有可能嚴重降低材料的性能，因此要得到真正意義上的納米復相陶瓷，選擇合適的燒結技術顯得尤為重要。
傳統(tǒng)的燒結方法由于需要較高的溫度和較長的保溫時間，燒結出來的納米陶瓷中很難保持有納米尺度(<100nm)的微結構，從而失去納米材料的特性。基于此產(chǎn)生了諸如熱壓燒結、熱等靜壓燒結、超高壓燒結、放電等離子燒結、微波燒結、選擇性激光燒結、爆炸燒結和反應燒結等多種先進的燒結技術。
納米復相陶瓷材料的燒結技術，其設計思路主要是通過控制燒結溫度和燒結時間來控制晶粒長大，不同的燒結技術各有優(yōu)缺點，在應用上有一定局限性。不同材料，采用的燒結技術或工藝可能不同，如何合理地選用燒結技術及優(yōu)化燒結工藝參數(shù)等都有待完善。
小結
制備納米復相陶瓷材料所要解決的首要問題是納米增強相的分散問題，綜合來看，原位生成法和復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驗室階段，如何降低成本，實現(xiàn)批量生產(chǎn)是亟待解決的問題。
同時，加強納米復合粉體的制備研究，解決納米相的均勻分散問題，加強納米陶瓷的制備工藝研究，研制出具有高性能、復雜形狀陶瓷部件的成熟工藝將是以后發(fā)展的重點。
參考資料：
邵剛勤，等：納米陶瓷、復相陶瓷及納米復相陶瓷
喇培清，等：納米復相陶瓷制備技術的研究現(xiàn)狀
李曉賀，等：納米復相陶瓷材料的燒結技術
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