第一篇：08化本班 05號(hào) 黃榕 我國(guó)綠色化學(xué)學(xué)科發(fā)展

我國(guó)綠色化學(xué)學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀

黃榕

（瓊州學(xué)院理工學(xué)院 海南 五指山 572200）

摘要：綠色化學(xué)是知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代化學(xué)工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，是我國(guó)化學(xué)研究的前沿領(lǐng)域。本文介紹了近年來(lái)我國(guó)綠色化學(xué)學(xué)科在可再生資源、原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)、環(huán)境友好或可循環(huán)使用的新材料、環(huán)保新汽油等方面的發(fā)展。

關(guān)鍵字：綠色化學(xué)；研究；發(fā)展現(xiàn)狀

1.引言

化學(xué)是中心科學(xué),它聯(lián)系自然科學(xué)的方方面面,包括數(shù)學(xué)、物理、生物與生命、能源和環(huán)境、地質(zhì)和礦產(chǎn)等；一些重大的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程(如冶金、陶瓷、聚合物、化肥、醫(yī)藥、化妝品等),甚至是火箭和衛(wèi)星的發(fā)射,都是基于化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。全球化學(xué)工業(yè)每年有18410億歐元的交易額，占全球貿(mào)易額的9%，創(chuàng)造著全球收入的4%～5%。化學(xué)為整個(gè)自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的進(jìn)步、全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步和人類(lèi)生活水平的提高作出了重大貢獻(xiàn)[1]。

目前,化學(xué)已經(jīng)滲透到人類(lèi)生產(chǎn)、生活和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。在化學(xué)科學(xué)和化學(xué)知識(shí)為人類(lèi)帶來(lái)無(wú)數(shù)便利和希望的同時(shí),它也帶給了人類(lèi)濃濃的煙塵、形形色色的廢棄物, 還有看不見(jiàn)的毒物。

人類(lèi)正面臨有史以來(lái)最嚴(yán)重的環(huán)境危機(jī),環(huán)保問(wèn)題成為影響經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的重要問(wèn)題之一。發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)環(huán)境的治理,已開(kāi)始從治標(biāo),即從末端治理污染轉(zhuǎn)向治本,即開(kāi)發(fā)清潔工業(yè)技術(shù),消減污染源頭,生產(chǎn)環(huán)境友好產(chǎn)品?！熬G色技術(shù)”已成為21世紀(jì)化工技術(shù)與化學(xué)研究的熱點(diǎn)和重要科技前沿。2.綠色化學(xué)概念及意義

綠色化學(xué)設(shè)計(jì)研究沒(méi)有或盡可能小的環(huán)境副作用，并在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上可行的化學(xué)品和化學(xué)過(guò)程。它是實(shí)現(xiàn)污染預(yù)防的基本和重要的科學(xué)手段。綠色化學(xué)研究的內(nèi)容顯然要包括化學(xué)反應(yīng)(化工生產(chǎn))過(guò)程的三個(gè)基本要素: 一是研究、變換、設(shè)計(jì)、選擇對(duì)人類(lèi)健康和環(huán)境友好的原材料或起始物；二是研究最好的轉(zhuǎn)換反應(yīng)和催化劑；三是設(shè)計(jì)或重新設(shè)計(jì)對(duì)人類(lèi)健康和環(huán)境更安全的目標(biāo)化合物(產(chǎn)品)。目前綠色化學(xué)的研究重點(diǎn)是:(1)設(shè)計(jì)或重新設(shè)計(jì)對(duì)人類(lèi)健康和環(huán)境更安全的化合物，這是綠色化學(xué)的關(guān)鍵部分；(2)探求新的、更安全的、對(duì)環(huán)境更友好的化學(xué)合成路線和生產(chǎn)工藝，這可從研究、變換基本原料和起始化合物以及引入新試劑入手；(3)改善化學(xué)反應(yīng)條件, 降低對(duì)人類(lèi)健康和環(huán)境的危害, 減少?gòu)U棄物的產(chǎn)生和排放[2]。3.我國(guó)綠色化學(xué)的研究重點(diǎn)

近年來(lái)我國(guó)在綠色化學(xué)方面的活動(dòng)也逐漸活躍。1995年，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)部確定了《綠色化學(xué)與技術(shù)一推進(jìn)化工生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的途徑》的院士咨詢(xún)課題，并建議“國(guó)家科技部組織調(diào)研，將綠色化學(xué)與技術(shù)研究工作列入‘九五’基礎(chǔ)研究規(guī)劃”；1996年，召開(kāi)了“工業(yè)生產(chǎn)中綠色化學(xué)與技術(shù)”研討會(huì)，并出版“綠色化學(xué)與技術(shù)研討會(huì)學(xué)術(shù)報(bào)告匯編”。1997年國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)與中國(guó)石油化工集團(tuán)聯(lián)合資助了“九五”重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目“環(huán)境友好石油化工催化化學(xué)與化學(xué)反應(yīng)工程”；中國(guó)科技大學(xué)綠色科技與開(kāi)發(fā)中心在該校舉行了主題討論會(huì)，并出版了“當(dāng)前綠色科技中的一些重大問(wèn)題”論文集；香山科學(xué)會(huì)議以“可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題對(duì)科學(xué)的挑戰(zhàn)--綠色化學(xué)”為主題召開(kāi)了第72次學(xué)術(shù)討論會(huì)。1998年，在合肥舉辦了首屆國(guó)際綠色化學(xué)高級(jí)研討會(huì)；《化學(xué)進(jìn)展》雜志出版“綠色化學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)集；四川聯(lián)合大學(xué)也成立了綠色化學(xué)與技術(shù)研究中心，1999年，國(guó)家自然科學(xué)基金委設(shè)立了“用金屬有機(jī)化學(xué)研究綠色化學(xué)中的基本問(wèn)題”的重點(diǎn)項(xiàng)目。5月，在成都舉辦了第二屆國(guó)際綠色化學(xué)高級(jí)研討會(huì)，出版了《綠色化學(xué)與技術(shù)》專(zhuān)著。12月，在北京九華山莊舉行了第16次九華科學(xué)論壇，會(huì)議從科學(xué)發(fā)展和國(guó)家長(zhǎng)遠(yuǎn)需求的戰(zhàn)略高度，對(duì)綠色化學(xué)的基本科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行了充分的研討和論證，初步提出了綠色化學(xué)近期研究工作重點(diǎn)，即：(1)綠色合成技術(shù)、方法學(xué)和過(guò)程的研究，主要包括反應(yīng)方法學(xué)特別是原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)和高選擇性、高轉(zhuǎn)化率反應(yīng)；高效均相和多相的不對(duì)稱(chēng)催化反應(yīng)；酶催化和仿生催化；環(huán)境友好介質(zhì)和原料等；（2）可再生資源的利用和轉(zhuǎn)化中的基本科學(xué)問(wèn)題，包括生物質(zhì)和酶分子“手性”和類(lèi)似手性的空間構(gòu)型選擇性的化學(xué)物理本質(zhì)；主要生物質(zhì)和酶分子在酶催化轉(zhuǎn)化過(guò)程中“構(gòu)一效關(guān)系”；生物質(zhì)各種成分的分級(jí)多層次轉(zhuǎn)化機(jī)理、途徑及其高效綜合利用；天然高分子的化學(xué)與物理改性，制備與環(huán)境相容的可生物降解新材料等。（3）綠色化學(xué)在礦物資源高效利用中的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。包括復(fù)雜礦物的相結(jié)構(gòu)、性能及多組元間相互作用與自催化特性；多元素?cái)M均相“原子經(jīng)濟(jì)”反應(yīng)及高選擇性分離；生物分離提取礦物的選擇性催化與生物轉(zhuǎn)化機(jī)制；介質(zhì)和工業(yè)代謝產(chǎn)物的循環(huán)再生及零排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)等[3]。4.我國(guó)綠色化學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀

綠色化學(xué)化工研究所追求的目標(biāo)是: 淘汰有毒原材料，探求新的合成路線，采用無(wú)污染的反應(yīng)途徑和工藝，能最大限度地減少“三廢”，并實(shí)行“原材料遴選——產(chǎn)品生成——產(chǎn)品使用——循環(huán)再利用”全過(guò)程控制。綠色化學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用不但能提高生產(chǎn)效率和優(yōu)化產(chǎn)品, 而且能提高資源和能源的利用率, 減輕污染負(fù)荷, 從而大幅度提高生產(chǎn)的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。因此，綠色化學(xué)與技術(shù)的推廣應(yīng)用使環(huán)境—經(jīng)濟(jì)性(而不再僅是經(jīng)濟(jì)性)成為技術(shù)創(chuàng)新的主要推動(dòng)力。近十多年來(lái)，綠色化學(xué)在生物質(zhì)的利用、原子經(jīng)濟(jì)性工藝設(shè)計(jì)等諸多領(lǐng)域取得了一系列研究成果[4]。4.1 可再生資源——生物質(zhì)的利用

地球上的植物通過(guò)光合作用每年生產(chǎn)2000億噸的生物質(zhì)，其中被人類(lèi)利用的僅占3%～4%。生物質(zhì)的利用對(duì)可持續(xù)發(fā)展和降低全球溫室效應(yīng)起著重要的作用。它的兩個(gè)主要的開(kāi)發(fā)領(lǐng)域是: ①生物質(zhì)直接或間接地用作能源； ②生物質(zhì)用作化學(xué)品、材料或產(chǎn)品的資源。對(duì)化學(xué)工業(yè)來(lái)說(shuō)，目前集中在三個(gè)研究、開(kāi)發(fā)領(lǐng)域: ①取代石化原料用作可再生的原料；②生物過(guò)程取代傳統(tǒng)的化學(xué)過(guò)程制備有機(jī)物和其他化學(xué)品； ③開(kāi)發(fā)新的生物產(chǎn)品。以生物質(zhì)為原料、酶為催化劑，生產(chǎn)有機(jī)化合物，因其條件溫和、設(shè)備簡(jiǎn)單、選擇性好、無(wú)污染，已成為綠色化學(xué)研究的重點(diǎn)之一[5]。液體生物燃料，例如由菜油生產(chǎn)的生物柴油、由植物糖類(lèi)生產(chǎn)的生物乙醇及其衍生物ETBE以及從木質(zhì)纖維素生產(chǎn)的生物甲醇及其衍生物MTBE，是可再生的燃料，所占比重逐年增加。4.2 原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)

我國(guó)石油化工科學(xué)院[6]采用空心結(jié)構(gòu)的HTS型鈦硅分子篩催化劑和“單釜連續(xù)淤漿床反應(yīng)器——無(wú)機(jī)膜過(guò)濾”新工藝，由環(huán)己酮一步合成環(huán)己酮肟，實(shí)現(xiàn)了原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng), 70ktpa的工業(yè)裝置已經(jīng)投產(chǎn)。山東魯北化工廠堪稱(chēng)全國(guó)實(shí)施綠色化學(xué)、清潔生產(chǎn)的典范, 例如, 該廠由磷礦石與硫酸反應(yīng)制成磷酸和硫酸鈣, 磷酸與氨反應(yīng)制成磷酸氫銨復(fù)合肥, 而硫酸鈣經(jīng)加熱分解成二氧化硫和氧化鈣，前者經(jīng)催化氧化、水合制成硫酸, 后者與采用劣質(zhì)煤的發(fā)電廠產(chǎn)生的爐渣混合制成水泥，現(xiàn)已形成30萬(wàn)t/a復(fù)合肥、40萬(wàn)t/a硫酸(廠內(nèi)自用)、60萬(wàn)t/a水泥的產(chǎn)能, 原材料中的每種元素都得到合理利用, 除電廠排出的CO2 外, 再無(wú)廢渣廢氣排放。4.3 環(huán)境友好或可循環(huán)使用的新材料

過(guò)去的10年里,由難降解塑料制品造成的“白色污染”已殃及土壤、水面和城市環(huán)境, 光降解塑料、生物降解塑料或光—生物降解塑料的推廣應(yīng)用已迫在眉睫。廢舊塑料的回收、催化裂解、再利用, 既保護(hù)了環(huán)境,又合理利用了資源。應(yīng)用廣泛的洗滌劑也要逐漸向水質(zhì)保護(hù)型發(fā)展。自四聚丙烯烷基苯磺酸鈉被淘汰后,大量洗滌劑改用三聚磷酸鈉作表面活性劑,結(jié)果造成我國(guó)水質(zhì)磷污染,富營(yíng)養(yǎng)化, 80%以上河段不能飲用,也不能養(yǎng)魚(yú)。而中國(guó)的無(wú)磷洗衣粉進(jìn)入市場(chǎng)不久,僅占洗衣粉總產(chǎn)量的3% ,實(shí)現(xiàn)綠色洗滌在中國(guó)還任重而道遠(yuǎn)。4.4 環(huán)保新汽油

為實(shí)現(xiàn)新汽油的限制要求,在煉油技術(shù)中要做以下工藝改進(jìn)和更新:催化裂化由單一生產(chǎn)高辛烷值汽油,轉(zhuǎn)向既生產(chǎn)高辛烷值汽油,又生產(chǎn)異丁烯、異戊烯等醚化原料。催化裂化汽油是我國(guó)催化裂化領(lǐng)域生產(chǎn)規(guī)模最大的燃料油品,在我國(guó)成品油市場(chǎng)占80%以上。催化裂化汽油烯烴含量一般在40%～50%之間,加工石蠟基油和摻煉渣油比例高的裝置, 烯烴含量超過(guò)60% ,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)質(zhì)量指標(biāo)。為了提高我國(guó)汽油質(zhì)量,一要降低汽油的烯烴含量,二是確保汽油原有的辛烷值不降低。為此較好的方法是將汽油中的直鏈烯烴轉(zhuǎn)化為異構(gòu)烷烴和部分芳烴,以彌補(bǔ)大量降低烯烴引起的辛烷值損失,增加汽油穩(wěn)定性。降烯烴目前主要有兩個(gè)發(fā)展方向,一是催化裂化生產(chǎn)中開(kāi)發(fā)降烯烴技術(shù),但由于受催化裂化反應(yīng)本質(zhì)的限制,雖然取得了一定效果,但不能從根本上解決問(wèn)題；二是催化裂化汽油降烯烴改質(zhì)技術(shù)。探索低烯烴催化裂化汽油生產(chǎn)技術(shù)與催化裂化汽油降烯烴改質(zhì)技術(shù)成為煉油企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。大連理工大學(xué)王祥生[7]等用新合成方法合成的20～50nm的ZSM-5分子篩為活性組分,采用水熱處理、負(fù)載金屬活性組分改性的組合改性方法制備的催化汽油改質(zhì)催化劑使催化汽油的烯烴降低到20%左右,除少量的烯烴裂解為C2、C3外, 大部分烯烴通過(guò)異構(gòu)化、芳構(gòu)化以及烷基化等反應(yīng)途徑轉(zhuǎn)化為高辛烷值的汽油組分,催化劑同時(shí)具有降烯、除苯和部分脫硫的綜合性能,有效地改善了催化汽油的品質(zhì)。4.5 造紙工業(yè)中的綠色化學(xué)問(wèn)題

造紙工業(yè)是我國(guó)污染最嚴(yán)重的產(chǎn)業(yè)之一,每年有害廢水排放量高達(dá)50億噸,約占全國(guó)廢水的1/6,其中主要是制漿黑液和漂白廢水。開(kāi)發(fā)無(wú)污染的制漿技術(shù)是解決制漿黑液污染的關(guān)鍵, 其中包括生化法、催化氧化降解法和機(jī)械制漿法。生化法制漿是從眾多的微生物中篩選出能高效、專(zhuān)一地分解纖維的菌種,經(jīng)生物技術(shù)處理使之適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn),目前尚在實(shí)驗(yàn)階段, 缺點(diǎn)是占地面積較大[1]。5.結(jié)語(yǔ)

綠色化學(xué)已成為當(dāng)今化學(xué)發(fā)展的主要方向。在綠色化學(xué)研究中,應(yīng)充分利用可再生資源——生物質(zhì),其中以生物質(zhì)為原料、酶為催化劑,生產(chǎn)有機(jī)化合物,因其條件溫和、設(shè)備簡(jiǎn)單、選擇性好、無(wú)污染,已成為綠色化學(xué)研究的重點(diǎn)之一,有良好的開(kāi)發(fā)前景。利用原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)進(jìn)行綠色設(shè)計(jì),采用無(wú)毒、無(wú)害的原料和環(huán)境友好或可循環(huán)使用的新材料等研究, 以及對(duì)能源工業(yè)中汽油的催化降烯烴和造紙工業(yè)中的催化氧化降解法研究,均取得了可喜的進(jìn)展,并對(duì)環(huán)境保護(hù)將產(chǎn)生有益的、深遠(yuǎn)的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1] 余紅霞,李攀.綠色化學(xué)的研究進(jìn)展[J].湖南理工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2009,22(4):77-81 [2] 尤珊妮.綠色化學(xué)新進(jìn)展[J].大眾科技 2009,(9):104-105 [3] 張琰圖,秦振平,陳雪英,馬潤(rùn)寶.綠色化學(xué)的興起及在中國(guó)的發(fā)展概況

[4] 安立敦,張培青.綠色化學(xué)新進(jìn)展[J].精細(xì)化工原料及中間體 2005，（8）：6-10 [5] 朱清時(shí).朱清時(shí)院士文集[C].北京:北京出版社, 1999: 249-252, 299.[6] 閔恩澤.2003年石油化工綠色化學(xué)與化學(xué)工程的進(jìn)展[J].化工學(xué)報(bào).2004, 12:1-2 [7] Zhang P Q, Wang X Sh, Guo H Ch.Reducing olefins in FCC Gas-oline Byisomerization and Aromeritization Overmodified Nano-ZSM-5[J].Chin J of Catal, 2003, 3: 159-160

第二篇：08化本班 黃榕 05號(hào) 淺談我國(guó)表面工程技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[推薦]

淺談我國(guó)表面工程技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

黃榕

（瓊州學(xué)院理工學(xué)院 海南 五指山 572200）

摘要：表面工程技術(shù)的發(fā)展對(duì)工業(yè)生產(chǎn)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有重大意義。本文簡(jiǎn)要介紹了表面工程技術(shù)的概念也特點(diǎn)以及我國(guó)表面工程技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：表面工程技術(shù);發(fā)展現(xiàn)狀

0 引言

表面工程是個(gè)涉及面極其廣泛的綜合性邊緣學(xué)科，它的發(fā)展不僅在學(xué)術(shù)上豐富了材料科學(xué)、冶金學(xué)、機(jī)械學(xué)、電子學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、摩擦學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科，開(kāi)辟了新的研究領(lǐng)域，而且在實(shí)際應(yīng)用上，為工業(yè)生產(chǎn)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出了重要貢獻(xiàn)。

現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對(duì)各種設(shè)備零部件表面性能的要求越來(lái)越高，材料的失效，如，疲勞、磨損、腐蝕、氧化、燒損以及輻射損傷等，一般都是從表面開(kāi)始的，表面的局部損壞又很快造成整個(gè)零件失效，最終導(dǎo)致設(shè)備停產(chǎn)。由表面失效帶來(lái)的破壞和損失是很驚人的。中國(guó)機(jī)械工業(yè)每年所用的鋼材，約有1/2是消耗在備件的生產(chǎn)上，備件中的大部分是由于磨損壽命不高而失效的。因此，采用表面技術(shù)，根據(jù)需要，改善材料的表面性能，會(huì)有效地延長(zhǎng)使用壽命，節(jié)約資源，提高生產(chǎn)力，減少環(huán)境污染。

另一方面，表面工程技術(shù)也逐步發(fā)展成為新型材料制備工藝，其中，既有作為體材料的制備工藝，如，電鑄成型、氣相沉積特種材料(熱解石墨、六方氮化硼、碳化硅)、噴射成型等，又有薄膜和微細(xì)加工工藝。后一類(lèi)技術(shù)正致力于向更低的特征尺寸擴(kuò)展，使得先進(jìn)的微小尺度特征表面工程技術(shù)正在逐步成為支撐IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展的微/納技術(shù)的重要組成部分。

表面工程具有學(xué)科的綜合性、手段的多樣性、廣泛的功能性、潛在的創(chuàng)新性、環(huán)境 的保護(hù)性、很強(qiáng)的實(shí)用性和巨大的增效性，是當(dāng)代材料科學(xué)技術(shù)、低溫等離子體、真空科技等高技術(shù)的重要交叉領(lǐng)域和發(fā)展前沿。先進(jìn)表面工程技術(shù)已成為現(xiàn)代制造業(yè)中一個(gè)重要的分支。

[1]1 表面工程

1.1 表面工程的概念與特點(diǎn)

表面工程，是經(jīng)表面預(yù)處理后，通過(guò)表面涂覆、表面改性或多種表面工程技術(shù)復(fù)合處理，改變固體金屬表面或非金屬表面的形態(tài)、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)等，以獲得所需要表面性能的系統(tǒng)工程。表面工程是由多個(gè)學(xué)科交叉、綜合而發(fā)展起來(lái)的新興學(xué)科，它以“表面”為研究核心，在有關(guān)學(xué)科理論的基礎(chǔ)上，根據(jù)零件表面的失效機(jī)制，以應(yīng)用各種表面工程技術(shù)及其復(fù)合為特色，逐步形成了與其它學(xué)科密切相關(guān)的表面工程基礎(chǔ)理論。表面工程的最大優(yōu)勢(shì)是能夠以多種方法制備出優(yōu)于本體材料性能的表面功能薄層，賦予零件耐高溫、防腐蝕、耐磨損、抗疲勞、防輻射等性能，這層表面材料與制作部件的整體材料相比，厚度薄，面積小，但卻承擔(dān)著工作部件的主要功能。

國(guó)家的節(jié)能節(jié)材“九五”規(guī)劃中曾將表面工程應(yīng)用作為重大措施之一，并列為節(jié)能、節(jié)材示范項(xiàng)目。材料表面改性作為傳統(tǒng)材料性能優(yōu)化的基礎(chǔ)研究也被列入國(guó)家自然科學(xué)基金“九五”、“十五”優(yōu)先資助域。由于表面工程的顯著作用和重要地位，許多先進(jìn)的表面工程技術(shù)及其基礎(chǔ)理論研究被列入了國(guó)家“973”項(xiàng)目、國(guó)家重大技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目等。例如，全軍裝備維修表面工程研究中心研究開(kāi)發(fā)的高速電弧噴涂技術(shù)已經(jīng)被列入國(guó)家重大技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目和國(guó)家“九五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目。表面工程適合當(dāng)今國(guó)際社會(huì)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，體現(xiàn)了科技盡快轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的要求。近年來(lái)，復(fù)合表面工程和納米表面工程已成為表面工程領(lǐng)域新的研究發(fā)展方向。1.2 表面工程技術(shù)體系

20世紀(jì)60—70年代，電子束、激光束、離子束技術(shù)的實(shí)用化并進(jìn)入材料表面界面加工技術(shù)領(lǐng)域，使表面技術(shù)發(fā)生了突破性的進(jìn)展。表面工程技術(shù)在機(jī)械制造、冶金、電子、汽車(chē)與船舶制造、能源與動(dòng)力航空航天工業(yè)等領(lǐng)域中均起到了舉足輕重的作用。表面工程已成為世界上20世紀(jì)80年代10項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一及20世紀(jì)90年代加強(qiáng)研究的9項(xiàng)科技項(xiàng)目之一，并形成了跨多種學(xué)科的一門(mén)邊緣科學(xué)，成為涵蓋材料科學(xué)、物理、化學(xué)、冶金、機(jī)械、電子與生物等領(lǐng)域的新型的交叉科學(xué)。

表面工程技術(shù)的體系如下圖：

[3][2]我國(guó)表面工程技術(shù)發(fā)展

表面工程技術(shù)的應(yīng)用，至今已經(jīng)歷了數(shù)千年的歷史。中國(guó)在戰(zhàn)國(guó)時(shí)代已經(jīng)開(kāi)始對(duì)鋼進(jìn)行淬火，并利用大豆中分解出來(lái)的N，C元素富化燒紅的鐵劍表面，以增強(qiáng)其強(qiáng)度和韌性。但總體上看，表 面技術(shù)的發(fā)展是緩慢的，種技術(shù)也局限于具體的應(yīng)用中而互不關(guān)聯(lián)沒(méi)有形成完整的學(xué)科系統(tǒng)。直至20世紀(jì)后半葉，隨著世界經(jīng)濟(jì)與技術(shù)的迅速發(fā)展，新型的表面技術(shù)蓬勃發(fā)展，各種學(xué)科和技術(shù)相互交叉滲透，表面工程學(xué)應(yīng)運(yùn)而生。目前，表面技術(shù)在制造業(yè)中舉足輕重，已成為當(dāng)今世界的關(guān)鍵技術(shù)之一。[1]2.1 復(fù)合表面工程技術(shù)

表面工程技術(shù)的復(fù)合，能夠形成新的涂層體系，并建立表面工程新領(lǐng)域。單一的表面工程技術(shù)由于其固有的局限性，往往不能滿(mǎn)足日益苛刻工況條件的要求。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，又發(fā)展了綜合運(yùn)用兩種或多種表面工程技術(shù)的復(fù)合表面工程技術(shù)，或稱(chēng)為第 2 代表面工程技術(shù)，這種復(fù)合表面工程技術(shù)，通過(guò)最佳協(xié)同效應(yīng)，獲得了“1+1>2”的效果，解決了一系列高新技術(shù)發(fā)展中特殊的工程技術(shù)難題。

目前，復(fù)合表面工程技術(shù)的研究和應(yīng)用已取得了重大進(jìn)展，如熱噴涂與激光重熔的復(fù)合、熱噴涂與刷鍍的復(fù)合、化學(xué)熱處理與電鍍的復(fù)合、表面強(qiáng)化與噴丸強(qiáng)化的復(fù)合、表面強(qiáng)化與固體潤(rùn)滑的復(fù)合、多層簿膜技術(shù)的復(fù)合、金屬材料基體與非金屬材料涂層的復(fù)合等，復(fù)合技術(shù)使本體材料的表面簿層，具有了更加卓越的性能。采用金屬―油漆涂層，可以在不需要維修的情況下使用25—40年，使油漆層獲得最充分的應(yīng)用年限；此外還有，對(duì)金屬基體進(jìn)行先期淬火滲碳處理，然后在滲碳層表面再進(jìn)行鈦沉積；采用加熱和熱化學(xué)的方法對(duì)表面淬火層進(jìn)行拋光；綜合應(yīng)用滲氮處理和滲硼處理；采用PVD和CVD的方法進(jìn)行真空沉積涂層，并同時(shí)進(jìn)行離子注入；等離子加熱與滲碳結(jié)合同時(shí)用于處理材料的表面等復(fù)合技術(shù)。

復(fù)合表面工程技術(shù)將在新世紀(jì)中不斷得到發(fā)展，今后將根據(jù)產(chǎn)品的需要，進(jìn)一步研究運(yùn)用各種表面工程技術(shù)綜合或復(fù)合，以達(dá)到最佳的優(yōu)化效果。2.2 納米表面工程技術(shù)

在理論研究與實(shí)踐應(yīng)用的基礎(chǔ)上，“納米表面工程”的新領(lǐng)域應(yīng)運(yùn)而生。納米表面工程是以納米材料和其它低維非平衡材料為基礎(chǔ)，通過(guò)特定的加工技術(shù)或手段，對(duì)固體表面進(jìn)行強(qiáng)化、改性、超精細(xì)加工或賦予表面新功能的系統(tǒng)工程。表面工程中納米材料研究的基礎(chǔ)問(wèn)題：①納米材料覆層與基體的表面、界面問(wèn)題；②納米材料在表面工程覆層制備動(dòng)態(tài)過(guò)程中的冶金、化學(xué)、物理等過(guò)程；③表面覆層中納米材料與其它材料之間的協(xié)同效應(yīng)。

從1997年開(kāi)始，全軍裝備維修表面工程研究中心在國(guó)內(nèi)首先提出了“納米表面工程” 的概念，并開(kāi)展了納米粉末表面工程的研究工作，主要包括：納米粘接劑技術(shù)、納米電刷鍍技術(shù)、納米添加劑技術(shù)、納米固體潤(rùn)滑干膜技術(shù)、納米熱噴涂技術(shù)和納米涂料技術(shù)等。2.2.1 納米熱噴涂技術(shù)

熱噴涂技術(shù)在表面工程領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛,如超音速火焰噴涂(HVOF)、高速電弧噴涂、氣體爆燃式噴涂、電熔爆炸噴涂、超音速等離子噴涂和真空等離子噴涂等。納米熱噴涂技術(shù)就是以現(xiàn)有熱噴涂技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)噴涂納米材料而得到納米涂層。

熱噴涂納米涂層可分三類(lèi)：?jiǎn)我患{米材料涂層體系；兩種(或多種)納米材料構(gòu)成的復(fù)合涂層體系；添加納米顆粒材料的復(fù)合體系，其中添加陶瓷或金屬陶瓷顆粒的復(fù)合體系較容易實(shí)現(xiàn)。目前，完全的納米材料涂層由于技術(shù)繁雜、難度大，離應(yīng)用還有相當(dāng)距離。大部分的研究開(kāi)發(fā)工作集中在第三種，即在傳統(tǒng)涂覆層技術(shù)基礎(chǔ)上，添加復(fù)合納米材料，可在較低成本下，使涂覆層功能得到顯著提高。

納米熱噴涂技術(shù)為零件表面強(qiáng)化提供了最新技術(shù)手段，提升了裝備再制造的技術(shù)水平，擴(kuò)大了裝備再制造的使用范圍，使重要裝備關(guān)鍵零部件的再制造成為可能，效果非常顯著。

[5]

[4]2.2.2 納米電刷鍍技術(shù)

電刷鍍技術(shù)具有設(shè)備輕便、工藝靈活、鍍覆速度快和鍍層種類(lèi)多等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械零件表面修復(fù)與強(qiáng)化，尤其適用于現(xiàn)場(chǎng)及野外搶修。納米電刷鍍就是在鍍液中添加了特種納米顆粒的新型電刷鍍技術(shù)。裝備再制造技術(shù)國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究表明，納米電刷鍍復(fù)合涂層可顯著提高材料的摩擦學(xué)性能，尤其提高了耐高溫磨損及抗接觸疲勞性能。例如在快速鎳鍍層中添加經(jīng)改性處理的納米Al2O3、SiC和金剛石粉后，其顯微硬度和抗微動(dòng)磨損性能明顯高于傳統(tǒng)快速鎳刷鍍層。納米電刷鍍層的硬度是不含納米顆粒電刷鍍層的1.5—1.7倍，耐磨性是1.6—2.5倍，抗接觸疲勞壽命由105周次提高到106周次，可服役溫度由200℃提高到400℃。納米電刷鍍技術(shù)已在裝備再制造中得到具體運(yùn)用，解決了重載車(chē)輛、艦船和飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)再制造中的一些關(guān)鍵技術(shù)難題。2.2.3 納米固體潤(rùn)滑技術(shù)

固體潤(rùn)滑是指利用固體材料本身的潤(rùn)滑性來(lái)減輕接觸表面之間磨損程度的潤(rùn)滑方式，它是對(duì)流體潤(rùn)滑的有力補(bǔ)充，一般用于高溫、高負(fù)荷、超低溫、超高真空、強(qiáng)氧化和強(qiáng)輻射等特殊工況。固體潤(rùn)滑不僅可用于無(wú)油潤(rùn)滑的千摩擦場(chǎng)合，也可以廣泛用于有油潤(rùn)滑的情況，形成潤(rùn)滑效果更好的“流體+固體”的混合潤(rùn)滑。對(duì)黑色金屬材料進(jìn)行低溫離子滲硫處理，可在材料表面得到厚度不超過(guò)10um，并具有納米結(jié)構(gòu)特征的FeS固體潤(rùn)滑涂層。納米固體潤(rùn)滑技術(shù)已用于發(fā)動(dòng)機(jī)缸套一活塞環(huán)、噴油嘴針閥及滾動(dòng)軸承等精密偶件的減摩，壽命延長(zhǎng)均在1倍以上。2.2.4 納米粘接技術(shù)

納米粘接技術(shù)是指將特殊功能納米顆粒和常規(guī)填料(如石墨、二硫化鉬、陶瓷粉末等)與高分子聚合物相混合并涂敷于零件表面實(shí)現(xiàn)特定用途(如耐磨、抗蝕等)的一種表面工程技術(shù)。例如，含納米金剛石的膠粘劑具有優(yōu)異的耐磨性和很高的膠接強(qiáng)度，耐磨性和膠接強(qiáng)度隨著納米金剛石粉在膠粘劑中加入量的增加而增加，當(dāng)加入量為8％時(shí)，耐磨性是未添加的2.2倍，拉伸強(qiáng)度可達(dá)50 MPa，比未添加的提高27.5％。[7]

[6]3 表面工程技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

3.1 不斷將各種先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到表面工程領(lǐng)域

為了追趕世界科技發(fā)展速度，使我國(guó)的科技發(fā)展立于世界科技發(fā)展的前沿，我國(guó)不僅要把先進(jìn)制造技術(shù)列入國(guó)家“十五”科技計(jì)劃體系，實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國(guó)和制造大國(guó)的目標(biāo)，而且針對(duì)我國(guó)國(guó)情，更要進(jìn)一步把“再制造工程”列入國(guó)家重要科技發(fā)展專(zhuān)項(xiàng)計(jì)劃中，才能真正使這項(xiàng)利國(guó)、利民、功在當(dāng)代、利在千秋的任務(wù)落實(shí)在實(shí)處。要促進(jìn)表面工程的發(fā)展，就必須將相關(guān)領(lǐng)域的最新研究成果不斷應(yīng)用于表面工程技術(shù)領(lǐng)域。

隨著計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用和推廣，在表面工程領(lǐng)域中將不斷應(yīng)用該領(lǐng)域的研究成果。例如發(fā)展數(shù)值模擬的方法設(shè)計(jì)表面工程技術(shù)，并完善表面工程技術(shù)設(shè)計(jì)。

推廣機(jī)械化、自動(dòng)化的表面涂層制備方法，特別在加工復(fù)雜形狀零件及危害操作者的身體健康時(shí)，推廣將十分有益。

3.2 發(fā)展節(jié)能、節(jié)材、降耗、少污染的表面工程技術(shù)

20世紀(jì)全球經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，與此同時(shí)，對(duì)自然資源的任意開(kāi)發(fā)和對(duì)環(huán)境的無(wú)償利用，造成全球生態(tài)破壞、資源浪費(fèi)和短缺、環(huán)境污染等重大問(wèn)題。其中機(jī)電產(chǎn)品制造業(yè)是最大的資源使用者，也是最大的環(huán)境污染源之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1996年全球有2 400萬(wàn)輛汽車(chē)報(bào)廢 到，2000年全球?qū)⒂?000萬(wàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)被淘汰。隨著21世紀(jì)到來(lái)以?xún)?yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、節(jié)材為目標(biāo)的先進(jìn)制造技術(shù)得到了快速發(fā)展，發(fā)展節(jié)能、節(jié)材、降耗、少污染的表面工程技術(shù)成為社會(huì)的重要課題。

低能耗的表面工程技術(shù)，例如通過(guò)大氣或真空等方法代替鹽浴池處理；采用高能量（但能耗低），光束方法及技術(shù)（如激光、電子、離子、等離子體），在表面工程技術(shù)中盡量減少涂層材料及基體材料的消耗。[4]4 總結(jié)

隨著人們對(duì)低成本、高性能產(chǎn)品的追求，對(duì)產(chǎn)品外觀的美、對(duì)環(huán)境協(xié)調(diào)美以及生態(tài)平衡美的追求，21世紀(jì)任何工程、任何產(chǎn)品的設(shè)計(jì)將會(huì)也必然會(huì)將表面設(shè)計(jì)納入總體設(shè)計(jì)中，表面工程技術(shù)也將會(huì)充分發(fā)揮其獨(dú)特的作用。同時(shí)，這種理念也將進(jìn)一步反作用于表面工程學(xué)，使其自身得以更為迅猛的發(fā)展。[3]參考文獻(xiàn)：

[1] 梁文萍,繆強(qiáng),張平則,姚正軍.先進(jìn)表面工程技術(shù)的發(fā)展前沿[A].山西能源與節(jié)能 2010(4):72-86.[2] 徐濱士.表面工程和再制造工的現(xiàn)狀及展望[A].材料工程 2003:1-6.[3] 孫宜華.材料的表面工程技術(shù)[A].中國(guó)資源綜合利用 2002(11):42-44.[4] 俆濱士,張振學(xué),馬世寧,劉世參,朱勝,張偉.新世紀(jì)表面工程展望[J].中國(guó)表面工程2000(1):2-6.[5] 徐濱士,馬世寧,梁秀兵,董世運(yùn).表面工程的進(jìn)展[A].金屬熱處理 2002,27(7):1-3.[6] 徐濱士,劉世參,梁秀兵.納米表面工程的進(jìn)展與展望[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào) 2003,39(10):21-26.[7] 海斗,莊大明,王昆林等．高速鋼離子滲硫?qū)拥那Σ翆W(xué)性能研究[J].摩擦學(xué)學(xué)報(bào) 2002(4)：250-253.

第三篇：08化本班 05號(hào) 黃榕 納米材料在陶瓷領(lǐng)域的應(yīng)用新進(jìn)展

納米材料在陶瓷領(lǐng)域的應(yīng)用新進(jìn)展

黃榕

（瓊州學(xué)院理工學(xué)院 海南 五指山 572200）

摘要:納米陶瓷是近幾年來(lái)發(fā)展起來(lái)的先進(jìn)材料,受納米微?；疚锢硇?yīng)的作用,在力、光、電、熱、磁等方面具有許多優(yōu)異性能,特別是室溫超塑性、高韌性、低溫易燒結(jié)等潛在性能將大大拓寬陶瓷材料的應(yīng)用領(lǐng)域[1]。

關(guān)鍵詞:納米陶瓷;性能;應(yīng)用

1.引言

先進(jìn)陶瓷材料在高溫、強(qiáng)腐蝕等苛刻的環(huán)境下起著其他材料不可替代的作用，然而，脆性是陶瓷材料難以克服的弱點(diǎn)。英國(guó)材料學(xué)家Cahn曾評(píng)述，通過(guò)改進(jìn)工藝和化學(xué)組分等方法來(lái)克服陶瓷脆性的嘗試都不太理想，無(wú)論是固溶摻雜的氮化硅、相變?cè)鲰g的氧化鋯要在實(shí)際中作為陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)材料還不能實(shí)現(xiàn)。納米陶瓷是解決陶瓷脆性的戰(zhàn)略途徑之一[2]。隨著納米技術(shù)的廣泛應(yīng)用,納米陶瓷隨之產(chǎn)生,希望以此來(lái)克服傳統(tǒng)陶瓷的脆性,使其具有像金屬一樣的柔韌性和可加工性。與傳統(tǒng)陶瓷相比，納米陶瓷的原子在外力變形條件下自己容易遷移，因此表現(xiàn)出較好的韌性與一定的延展性，因而從根本上解決了陶瓷材料的脆性問(wèn)題。2.納米技術(shù)與納米陶瓷

利用納米技術(shù)開(kāi)發(fā)的納米陶瓷材料-納米氧化鋯（VK-R50）是指陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu)中，晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、氣孔尺寸、缺陷尺寸都限于100nm以下，是上世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來(lái)的新型陶瓷材料。由于納米陶瓷晶粒的細(xì)化，晶界數(shù)量大幅度增加，可使材料的韌性和塑性大為提高并對(duì)材料的電學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)等性能產(chǎn)生重要的影響，從而呈現(xiàn)出與傳統(tǒng)陶瓷不同的獨(dú)特性能，為替代工程陶瓷的應(yīng)用開(kāi)拓了新領(lǐng)域[3]。

2.1 納米陶瓷的性能

(1)納米陶瓷材料具有極小的粒徑、大的比表面積和高的化學(xué)性能，可以降低材料的燒結(jié)致密化程度、節(jié)約能源；

(2)使材料的組成結(jié)構(gòu)致密化、均勻化，改善陶瓷材料的性能，提高其使用可靠性；(3)可以從納米材料的結(jié)構(gòu)層次(1～100 nm)上控制材料的成分和結(jié)構(gòu)，有利于充分發(fā)揮陶瓷材料的潛在性能，而使納米材料的組織結(jié)構(gòu)和性能的定向設(shè)計(jì)成為可能。

另外，陶瓷是由陶瓷原料成型后燒結(jié)而成的，而且陶瓷粉料的顆粒大小決定了陶瓷材料的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能。如果粉料的顆粒堆積均勻、燒成收縮一致且晶粒均勻長(zhǎng)大，則顆粒越小產(chǎn)生的缺陷就越小，所制備的材料的強(qiáng)度就相應(yīng)越高，這就可能出現(xiàn)一些大顆粒材料所不具備的獨(dú)特性能。納米陶瓷最重要的特性主要在于力學(xué)性能方面，包括納米陶瓷材料的硬度、斷裂韌度和低溫延展性等，特別是在高溫下使硬度、強(qiáng)度得以較大的提高[4]。

2.2 納米陶瓷的研發(fā)

納米陶瓷具有類(lèi)似于金屬的超塑性是納米材料研究中令人注目的焦點(diǎn)。例如，納米氟化鈣和納米氧化鈦陶瓷在室溫下即可發(fā)生塑性形變，180℃時(shí)，塑性形變可達(dá)100%。存在預(yù)制裂紋的試樣在180℃下彎曲時(shí)，也不發(fā)生裂紋擴(kuò)展。九十年代初，日本的新原皓一（Niihara）報(bào)道用納米SiC顆粒復(fù)合氧化鋁材料的強(qiáng)度可達(dá)到1GPa以上，而常規(guī)的氧化鋁基陶瓷強(qiáng)度只有350-600MPa。Al2O3/SiC納米復(fù)合材料在1300℃氬氣中退火2小時(shí)后強(qiáng)度提高到1.5GPa，它的高力學(xué)性能是與納米復(fù)相陶瓷的精細(xì)顯微結(jié)構(gòu)直接相關(guān)的。德國(guó)馬普冶金材料研究所的科研人員將聚甲基硅氮烷在高溫下裂解后，制得的?-Si3N4微米晶與?-SiC納米晶復(fù)合陶瓷材料。它具有良好的高溫抗氧化性能，可在1600℃的高溫使用（氮化硅材料的最高使用溫度一般為1200-1300℃）。他們最新進(jìn)展是通過(guò)添加硼化物提高材料的熱穩(wěn)定性，利用生成BN的包覆作用穩(wěn)定納米氮化硅晶粒，將這種Si-B-C-N陶瓷的使用溫度進(jìn)一步提高到2000℃，這是迄今國(guó)際上使用溫度最高的塊體陶瓷材料[2]。3.納米陶瓷的應(yīng)用

3.1 納米陶瓷在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用及趨勢(shì)

雖然納米陶瓷還有許多關(guān)鍵技術(shù)需要解決，但其優(yōu)良的室溫和高溫力學(xué)性能、拉彎強(qiáng)度、斷裂韌性使其在切削工具、軸承、發(fā)動(dòng)機(jī)部件等諸多方面都有廣泛的應(yīng)用，并在許多超高溫、強(qiáng)腐蝕等苛刻的環(huán)境下起著其他材料不可替代的作用，具有廣闊的應(yīng)用前景。

3.1.1 防護(hù)材料

普通陶瓷在被用作防護(hù)材料時(shí)，由于其韌性差，受到彈丸撞擊后容易在撞擊區(qū)出現(xiàn)顯微破壞、垮晶、界面破壞、裂紋擴(kuò)展等一系列破壞過(guò)程，從而降低了陶瓷材料的抗彈性能。納米陶瓷高活性和耐沖擊的性能，可有效提高主戰(zhàn)坦克復(fù)合裝甲的抗彈能力；增強(qiáng)速射武器陶瓷襯管的抗燒蝕性和抗沖擊性；由防彈陶瓷外層和碳納米管復(fù)合材料作襯底，可制成堅(jiān)硬如鋼的防彈背心；在高射武器方面如火炮、魚(yú)雷等，納米陶瓷可提高其抗燒結(jié)沖擊能力，延長(zhǎng)使用壽命。目前，國(guó)外復(fù)合裝甲已經(jīng)采用高性能的高彈材料。在未來(lái)的戰(zhàn)爭(zhēng)中，若能把納米陶瓷用于車(chē)輛裝甲防護(hù)，會(huì)具有更好抗彈、抗爆震、抗擊穿的能力，提供更為有力的保護(hù)。3.1.2 吸波材料

陶瓷材料除具有優(yōu)良的力學(xué)性能和熱物理性能外，高的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性好，同時(shí)又具有吸波功能，能滿(mǎn)足隱身要求，已被廣泛用作吸收劑。據(jù)報(bào)道，F(xiàn)-117隱身飛機(jī)的尾噴管上用的就是陶瓷吸波材料，可以承受1093℃的高溫，法國(guó)采用陶瓷復(fù)合纖維也制造出了無(wú)人駕駛的隱身飛機(jī)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，吸波材料向“薄”、“輕”化發(fā)展；兼容吸收毫米波、厘米波和米波；追求寬頻帶吸收。而納米材料在這方面具有得天獨(dú)厚的條件：良好的吸波性能；寬頻帶、兼容性好、質(zhì)量輕、厚度薄等特點(diǎn)，使得納米陶瓷材料成為陶瓷吸波材料研究重要方向之一。目前研究較多的納米碳化硅陶瓷吸波材料，不僅吸波性能好、能減弱發(fā)動(dòng)機(jī)紅外信號(hào)，而且具有密度小、強(qiáng)度高、韌性好、電阻率大等特點(diǎn)，是國(guó)內(nèi)外發(fā)展很快的吸收劑之一[5]。3.2 納米陶瓷粉體在日用功能制品領(lǐng)域中的應(yīng)用

高性能的納米陶瓷粉體材料具有其多種奇特和優(yōu)良的功能特性，在國(guó)外最先應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，或以軍事為背景的電子、信息、航空和航天等領(lǐng)域，隨后逐漸向民用領(lǐng)域發(fā)展，在軍事、能源、化學(xué)化工、敏感材料、光電、環(huán)保食品和生物醫(yī)藥等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域有著十分廣闊的應(yīng)用前景，在人們的日用生活制品領(lǐng)域可涉及衣、食、住、行的各個(gè)方面，可顯著地改善人們的生活環(huán)境、身體健康和生活質(zhì)量。目前在紡織纖維、塑料橡膠、日用化學(xué)、飲食容器、建筑涂料、家用電器和陶瓷制品中，已有許多相關(guān)納米陶瓷功能產(chǎn)品問(wèn)世并開(kāi)始銷(xiāo)售。這些產(chǎn)品大多由于采用納米材料，其納米效應(yīng)（量子尺寸效應(yīng)等）使得其制品具有奇異和優(yōu)良的光電特性和化學(xué)活，如電飯煲、電壓力鍋的內(nèi)鍋需要采用納米陶瓷涂料。該項(xiàng)目研制的涂料采用無(wú)機(jī)質(zhì)的陶瓷經(jīng)過(guò)納米技術(shù)處理和機(jī)能性添加劑結(jié)合，加水分解和縮合過(guò)程后，最終形成精密的、高強(qiáng)度的納米陶瓷涂料，以金屬為基質(zhì)的內(nèi)鍋表面經(jīng)過(guò)超硬化處理后，在低溫下（200攝氏度以下）固化成形，表面硬度高，無(wú)任何毒性和腐蝕性物質(zhì)，無(wú)任何氣味，具有節(jié)能、耐高溫、不粘、安全等特點(diǎn)。采用紋路技術(shù)的電飯煲、電壓力鍋的風(fēng)鍋，其特征在于鍋體內(nèi)壁均布多邊形或圓形或橢圓形凹槽，特點(diǎn)是內(nèi)鍋加熱輻射面積增加，擴(kuò)大內(nèi)鍋受熱面積，節(jié)約熱源。大米或烹飪的食物與鍋體均布有間隙，水填充其中，加熱時(shí)水汽傳熱更充分，底部受熱均勻，不糊底[6]。

3.3 納米陶瓷在汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用 納米陶瓷不僅由于其燒成溫度降低數(shù)百度而使能耗大幅度減少，成本降低，有利于推廣應(yīng)用，還因?yàn)榧{米陶瓷有其獨(dú)特的與傳統(tǒng)陶瓷無(wú)與倫比的優(yōu)良性能而將會(huì)被廣泛應(yīng)用。比如，納米陶瓷由于具有高硬度、低溫、超塑性、高韌性、耐磨性以及耐高溫高壓性、抗腐性、氣敏性、易加工可切削性等性能而拓展了它在汽車(chē)工業(yè)中應(yīng)用的領(lǐng)域。

(l)納米陶瓷既可作連桿、推桿、軸承、氣缸內(nèi)襯、活塞頂?shù)炔牧?，又可作氧傳感器材料以用于檢測(cè)汽車(chē)尾氣，還可制造用于燃料電池汽車(chē)中的高溫燃料電池。如納米ZrO陶瓷材料等。用納米陶瓷作為氣缸內(nèi)襯材料時(shí)，因耐高溫且高溫高強(qiáng)，可促使燃料燃燒，使燃料的熱效率提高。

(2)納米陶瓷作為汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件材料和抗腐蝕材料，如納米Si3N;陶瓷等。(3)納米陶瓷粒子涂覆于汽車(chē)玻璃表面可起到防污和防霧、隔熱作用，還具有保潔殺菌功能。

(4)納米陶瓷粒子摻入高分子塑料和橡膠中能顯著提高拉伸強(qiáng)度、沖擊韌性、彈性模量、靜電屏蔽性和耐老化性、阻燃自熄滅性，不僅汽車(chē)內(nèi)飾材料輕便化、抗菌自潔、抗靜電、防變脆，降低材料破壞速率和摩擦磨損，還可以阻燃防火，使輪胎使用壽命延長(zhǎng);摻入油漆中，不僅能抗老化變脆、防脫落，極大地提高粘接性能、耐污染性能和汽車(chē)面漆的耐候性能，而且還具有吸波隱身功能和自修補(bǔ)功能。

(5)納米陶瓷具有特殊的的磁學(xué)性能，可作為磁致冷的工作物質(zhì)。

(6)納米陶瓷粉體引起耐磨損、減摩擦等性質(zhì)，可作抗磨減磨的潤(rùn)滑材料，且潤(rùn)滑效果很好[7]。

3.4 納米陶瓷在軸承工業(yè)中的應(yīng)用

軸承在機(jī)械工業(yè)中的應(yīng)用極其廣泛.傳統(tǒng)的軸承材料多為金屬，以油作為潤(rùn)滑介質(zhì).但上述材料和工況下的軸承有許多缺點(diǎn)，如成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、污染環(huán)境等，已愈來(lái)愈不能滿(mǎn)足實(shí)際工作的需要.陶瓷材料具有高硬度、耐高溫、耐腐蝕、剛度高、熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱性好、比重小、耐磨等諸多優(yōu)點(diǎn)，和傳統(tǒng)軸承材料相比，它特別適用于高溫、高速、強(qiáng)磁場(chǎng)及腐蝕性環(huán)境等特殊場(chǎng)合.目前，陶瓷材料己被成功地用來(lái)制造機(jī)床的滾動(dòng)軸承、水泵的滑動(dòng)軸承等.如水泵中的陶瓷滑動(dòng)軸承，由于它能夠在含有泥沙類(lèi)固相顆粒的液體中運(yùn)轉(zhuǎn)，并且具有良好的耐腐蝕性，因而對(duì)于直接輸送海水或江水的船用泵來(lái)說(shuō)，具有特別重要的意義;加之良好的導(dǎo)熱性能，使泵在一定的干運(yùn)轉(zhuǎn)期間，不會(huì)因過(guò)高的溫升而發(fā)生燒毀.為使陶瓷材料在軸承工業(yè)中得到更廣泛地應(yīng)用，除了良好自潤(rùn)滑效果外，關(guān)鍵問(wèn)題就是提高陶瓷材料的韌性.使用納米陶瓷就是提高陶瓷材料韌性(同時(shí)提高強(qiáng)度等綜合性能)的有效辦法之一目前納米陶瓷在軸承中的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面: l)制成全陶瓷的納米陶瓷，使制品與常規(guī)陶瓷材料相比，其綜合性能，尤其是斷裂韌性有大幅度的提高;2)將納米陶瓷添加到橡膠等軸承材料中，改善原材料的強(qiáng)度和耐磨性;3)通過(guò)在原軸承材料表面涂覆納米陶瓷涂層，提高原軸承材料的耐磨性和使用壽命[8]。

4.結(jié)語(yǔ)

納米陶瓷作為一種新型高性能陶瓷，是近年發(fā)展起來(lái)的一門(mén)全新的、將成為新世紀(jì)重要的高新技術(shù)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)，越來(lái)越受到世界各國(guó)科學(xué)家的關(guān)注。納米陶瓷的研究與發(fā)展必將引起陶器工業(yè)的發(fā)展與變革。目前，國(guó)外納米陶瓷已開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化，但我國(guó)還處于陶瓷納米粉體的研制階段。納米陶瓷要真正使產(chǎn)業(yè)化，還需社會(huì)各界共同努力，產(chǎn)學(xué)研共攜手。加快科技成果的轉(zhuǎn)化。納米陶瓷以其巨大的潛在的優(yōu)異性能，特別是超塑性，高韌性以及低溫?zé)Y(jié)性等，給陶瓷工業(yè)注入了新的活力。如納米陶瓷在建筑行業(yè)、電子領(lǐng)域、生物領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域、精密設(shè)備領(lǐng)域、環(huán)保領(lǐng)域以及在某些領(lǐng)域中的抗菌方面都有廣泛的應(yīng)用。隨著社會(huì)對(duì)高性能陶瓷的要求，納米陶瓷將具有令人矚目的前景，市場(chǎng)潛力巨大。

參考文獻(xiàn)：

[1]王獻(xiàn)忠.納米陶瓷研究現(xiàn)狀及技術(shù)發(fā)展[J].萍鄉(xiāng)高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào) 2005，4 [2]翟華嶂,李建保,黃勇.納米材料和納米科技的進(jìn)展、應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀[J].清華大學(xué)新型陶瓷與精細(xì)化工國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,2002.[3]Hayashi H, Kishida M, Wakabayashi K.Metal-support in-teraction and catalysis of the catalysts prepared using micro-emulsion.Catalysis Surveys Jap, 2002, 6(2): 9 [4]肖長(zhǎng)江,鄧相榮,栗正新.納米陶瓷的特性和燒結(jié).佛山陶瓷,2010 [5]江炎蘭,王杰.納米陶瓷材料的性能、制備及其在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用前景[J].海軍航空工程學(xué)院學(xué)報(bào) 2006,21(1)[6]康軍軍.納米陶瓷的性能及其應(yīng)用.材料物理,2008 [7]張先禹,浦鴻汀,王瑩,楊妙粱.納米陶瓷及其在汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用[J].上海汽車(chē),2003,9:35-37 [8]吳光杰,王海寶.納米陶瓷及其在軸承工業(yè)中的應(yīng)用[J].西南民族大學(xué)學(xué)報(bào),自然科學(xué)版 2003,3(29):341-343