纳米陶瓷:开辟工程陶瓷新领域

随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生，希望以此克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有像金属似的柔韧性和可加工性。英国材料学家指出，纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径。利用纳米技术开发的纳米陶瓷材料是指在陶瓷材料的显微结构中，晶粒、晶界以及它们之间的结合都处在纳米水平（1～100nm），使得材料的强度、韧性和超塑性大幅度提高，克服了工程陶瓷许多不足，并对材料的力学、电学、热学、磁学、光学等性能产生重要影响，为替代工程陶瓷的应用开拓了新领域。

氧化锆纳米线的合成方法

成果简介：该项目研制的氧化锆纳米线的合成方法，涉及一种纳米陶瓷材料的制备工艺。该方法是以氧氯化锆(ZrOCl2・8H2O)、草酸(H2C2O4・2H2O)为原料，在室温下，分别配制氧氯化锆(ZrOCl2)与草酸(H2C2O4)水溶液，并在不断搅拌氧氯化锆(ZrOCl2)溶液的情况下，将草酸(H2C2O4)水溶液慢慢加入到氧氯化锆ZrOCl2溶液中，然后继续不断地搅拌，得到锆溶胶；然后将多孔氧化铝膜浸入到所得的锆溶胶中，待10分钟后，在压力为1.3MPa情况下加压5小时；将经处理过的膜从溶胶中取出，在红外灯下烘干，再在500℃、氩气氛下常压焙烧5小时，即得到氧化锆纳米线阵列。该方法工艺简单，原料易得，可合成出直径为50～300纳米，长度大于10微米的氧化锆纳米线。该发明可望在催化、涂料、氧传感器、陶瓷增韧、固体氧化物燃料电池等诸多领域中得到广泛的应用。

纳米陶瓷粉体表面乳液聚合改性方法

成果简介：该项目研制的纳米陶瓷粉体表面乳液聚合改性的方法属于纳米陶瓷粉体制造技术领域，其特征在于依次含有以下步骤：用高速混合搅拌法使陶瓷粉体表面预先涂覆用以使陶瓷粉体表面呈疏水性的偶联剂；使经过偶联剂预处理的纳米陶瓷粉体、乳化剂和水在超声波的作用下形成稳定的乳液体系；以5～0份纳米陶瓷粉体，0.5～5份有机单体的质量比来加入有机单体，继续超声分散，同时缓慢滴加入引发剂，升温到形成自由基的温度(70～80℃)，直至反应结束。用该发明所述的方法可制出具有良好分散性的、经过表面聚合改性的、稳定的陶瓷粉体乳液体系以直接进行离心成型得到颗粒分散均匀的陶瓷素坯。打碎了纳米陶瓷粉体间的硬团聚，消除了直接影响素坯成型的消极因素，有利于陶瓷的低温烧结和晶粒细化。

热喷涂用纳米陶瓷粉末的低成本规模化生产方法

成果简介：该技术生产纳米热喷涂粉末材料，可以控制粉末的晶体粒度、颗粒粒度和形貌，颗粒内部保持纳米结构。粉末技术指标如颗粒大小及其分布、颗粒形状、流动性等，满足热喷涂工艺的要求。该技术方法适用于Al2O3、ZrO2、TiO2、SiO2等氧化物陶瓷材料及其复合物的纳米热喷涂粉末的生产。通过反应物浓度、温度、压力、添加剂、成型、晶化等参数的控制和调节，可实现低成本规模化生产。该技术成果具有良好的应用前景。

低温燃烧－水热合成制备纳米陶瓷颜料

成果简介：该项目的目的就是突破传统的烧结工艺，将低温燃烧（Low-Temperature Combustion Synthesis，简称LCS）技术和水热合成（Hydrothermal Synthesis）技术相结合，制造纳米陶瓷颜料。该类颜料在陶瓷计算机喷墨打印装饰等领域具有广阔的用途。该颜料主要指标包括，颜料平均粒径＜50nm；颜料使用温度（根据产品而定）在1250℃左右；其他性能与普通陶瓷颜料相同。

纳米电子陶瓷材料及其器件工业性制备新技术

成果简介：该项目采用超重力反应沉淀法合成纳米级介质陶瓷基体材料，利用超重力的作用，消除微观混合的影响，克服了常规搅拌釜或管式沉淀法合成颗粒的过程技术上的不足，同时结合溶胶－凝胶法引入表面改性剂，提高基体材料与添加剂的混合均匀程度，控制添加剂的分布状态，改善成型、烧结等特性，制备出粒径、粒度分布、物相均可控的改性中低温纳米介质陶瓷材料；并从浓悬浮体结构模型出发，协调超细粉体在介质中的分散行为；利用纳米效应特性及三维仿真设计软件，优化介质材料设计及合成工艺。

微乳液纳米反应器合成制备纳米陶瓷颜料

成果简介：微乳液法制备纳米陶瓷颜料是利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂分子界面膜的作用下生成的热力学稳定的、各向同性的、外观透明或半透明的低粘度分散体系。微乳液中剂量小的溶剂被包裹在剂量大的溶剂中形成一个微泡，微泡的表面被表面活性剂所包裹，其粒径在1～100nm，通过选择表面活性剂及控制相对含量，可将其水相液滴尺寸限制在纳米级，不同微乳液滴相互碰撞发生物质交换，在水核中发生化学反应，每个水相微区相当于一个“微反应器”，在每个微泡中固相的成核、生长、凝结等过程仅仅局限在一个微小的球形液滴内从而形成球形微粒，从而得到纳米陶瓷颜料。

精密纳米陶瓷手术刀

成果简介：传统钢制手术刀在使用和加热消毒时易腐蚀、钝化，寿命低；金刚石手术刀加工工艺复杂，透明，操作困难，价格昂贵。该成果采用纳米陶瓷材料与加工高技术克服了上述缺点，刀口锋利，无磁，无毒，无静电，寿命长，防腐蚀，具有生物体组织相容性，精度高，刀口可快速愈合，术后无明显切痕，易于操作，可在高温下使用，且成本适中。

永久性自洁净纳米陶瓷釉

成果简介：该产品是一种永久性自洁净纳米陶瓷釉，在普通陶瓷釉中添加进多种纳米氧化物材料，改变传统陶瓷釉配方，使用传统的陶瓷类产品制备工艺烧结，使新陶瓷类产品陶瓷釉表面有纳米结构，因此具有疏水和永久性自洁净功能。该陶瓷釉主要用于电力瓷瓶、瓷棒、建筑和家用等自洁净陶瓷类产品中。该发明的陶瓷釉制备工艺简单、成本低、不改变陶瓷产品的生产工艺，且耐温范围大、耐酸碱性好。

纳米陶瓷涂层、纹路技术在电饭煲、电压力锅上应用

成果简介：电饭煲、电压力锅的内锅需要采用纳米陶瓷涂料。该项目研制的涂料采用无机质的陶瓷经过纳米技术处理和机能性添加剂结合，加水分解和缩合过程后，最终形成精密的、高强度的纳米陶瓷涂料，以金属为基质的内锅表面经过超硬化处理后，在低温下（200摄氏度以下）固化成形，表面硬度高，无任何毒性和腐蚀性物质，无任何气味，具有节能、耐高温、不粘、安全等特点。采用纹路技术的电饭煲、电压力锅的风锅，其特征在于锅体内壁均布多边形或圆形或椭圆形凹槽，特点是内锅加热辐射面积增加，扩大内锅受热面积，节约热源。大米或烹饪的食物与锅体均布有间隙，水填充其中，加热时水汽传热更充分，底部受热均匀，不糊底。

金属陶瓷材料

成果简介：该项目建成乌海市第一条用焦化厂废气生产年产3万吨耐火材料生产线，主要针对高铝、异形耐火材料的生产。进行了“稀土电解用新型惰性阳极材料”“纳米陶瓷刀具”开发。该项目产品为新型惰性阳极材料及配套产品。以既有良好导电性又具有高温抗腐蚀性且成本低廉的金属铝化物材料为阳极，替代传统的石墨阳极。利用陶瓷相的纳米尺寸效应提高刀具的韧性使其高于10MPam1/2以上，同时使用具有特殊物理、化学性质及高温性能的新金属间化合物材料来粘结纳米陶瓷。

纳米材料及加工技术

成果简介：该项目来源于黑龙江省科技攻关计划，主要研究内容包括纳米材料的制备及成形、纳米材料的加工技术、超分子薄膜体系的自组装技术与机理。取得的成果如下：超纯超细纳米陶瓷粉末原料的制备技术：采用湿化学法制备超纯超细纳米陶瓷粉末，粒度在30～80nm之间，无硬团聚；纳米陶瓷超塑成形技术：采用无粘结剂冷等静压成形素坯，在真空热压烧结炉中烧结，最后在真空烧结炉中完成超塑成形；纳米复合粉体制备技术：应用高能球磨法采用变转速多次循环球磨工艺，制备出了平均晶粒尺寸约为25nm的WC-10Co-0.8VC-0.2Cr3C2(wt%)纳米复合粉末，提高了纳米WC-Co复合粉末的制备效率；纳米复合粉体压制成形技术：采用二次双向模压成形工艺对纳米WC-Co复合粉末进行压制，纳米WC-Co粉末素坯的相对密度达到55%以上；控制纳米晶WC-Co烧结过程中晶粒长大技术：制备出了平均晶粒尺寸为250nm，综合性能较高的硬质合金块体；纳米陶瓷表面精密磨削技术：采用了在线电解修整（ELID）磨削技术对纳米陶瓷块材进行了镜面磨削；纳米陶瓷材料特性的测量技术：采用了纳米压痕技术原理，获得纳米陶瓷的力学性能；超分子薄膜体系自组装技术：采用液相沉积的方法，完成了硫醇单分子表面金属团簇的形成。

纳米陶瓷材料产业化制备技术开发

成果简介：该项目运用了材料设计理论和显微结构的控制技术。该项目采用高温溶胶－凝胶工艺，将几十种矿物原料或工业废渣在高温下溶化成均质的高温溶胶(玻璃质溶体)，从而解决了陶瓷材料制备中的组成不均匀性和残留气孔等难题，将高温容胶快速冷却后形成非晶态溶胶体(一种可晶化的玻璃)，然后将非晶态的凝胶体在特定的热处理制度下使之原位受控晶化，形成晶粒尺寸在纳米级且结构均匀致密的纳米微晶陶瓷。该项目的关键技术主要包括高温溶制技术，是解决材料组成均匀和性能可靠的关键技术；玻璃熔体的成形技术，是实现纳米微晶陶瓷制品产业化制备的关键；原位受控晶化技术，获得具有理想显微结构和优良性能的纳米微晶陶瓷材料的关键。

新型纳米复相陶瓷的制备和性能

成果简介：该成果内容包括CrN、TiN和NbN纳米粉体的制备、高强度高导电Si3N4/TiN纳米复相陶瓷、高强度可切削的Si3N4/BN纳米复相陶瓷和高力学性能的ZTM/SiC、ZTA/LaAl11O18纳米复相陶瓷等。通过纳米复合工艺制备了高强度的纳米复相陶瓷及高强度高导电和高强度可切削的具有结构-功能一体化特性的纳米复相陶瓷，在汽车、电子、机械和化工行业具有潜在的应用前景。

α-氧化铁基纳米陶瓷制备的CO气敏元件(中试)

成果简介：该项目是在完成省科技厅1995年下达的“用于CO选择性检测的α-Fe2O3基纳米粉体的合成及气敏元件研制”(闽科鉴字[1997]第81号)成果基础上，进行的中试。中试目标是考察放大批量合成纳米粉体并制作CO气敏元件的工艺的可行性和元件的各项性能指标：建立一条制作元件的中试生产线及气敏元件自动检测系统；建立CO气敏元件技术标准。中试选定的纳米粉体和元件生产工艺是可行的。元件性能仍保持小试的样品水平，达到国内外同类产品先进水平。其主要技术指标：加热功率≤100mV；清洁空气中阻值≤10M；灵敏度≥3(100ppmCO)；响应时间≤10秒；气体分辨率≥3(100ppmCO，H2)。中试所确定的元件制作工艺可作为批量生产的依据，建议进行批量生产，并着手组织力量设计与元件匹配的传感器，并组织生产整机。

纳米陶瓷粉体表面乳液聚合改性方法

成果简介：该项目研制的纳米陶瓷粉体表面乳液聚合改性的方法属于纳米陶瓷粉体制造技术领域，其特征在于依次含有以下步骤：用高速混合搅拌法使陶瓷粉体表面预先涂覆用以使陶瓷粉体表面呈疏水性的偶联剂；使经过偶联剂预处理的纳米陶瓷粉体、乳化剂和水在超声波的作用下形成稳定的乳液体系；以5～0份纳米陶瓷粉体，0.5～5份有机单体的质量比来加入有机单体，继续超声分散，同时缓慢滴加入引发剂，升温到形成自由基的温度(70～80℃)，直至反应结束。用该发明所述的方法可制出具有良好分散性的、经过表面聚合改性的、稳定的陶瓷粉体乳液体系以直接进行离心成型得到颗粒分散均匀的陶瓷素坯。打碎了纳米陶瓷粉体间的硬团聚，消除了直接影响素坯成型的消极因素，有利于陶瓷的低温烧结和晶粒细化。