这是我参与的一个工作，最近才发表在NANOTECHNOLOGY期刊上，审稿拖了很长时间，但是最后的COMMENTS却无关痛痒。我会马上全面介绍一下这个工作，有对结构陶瓷感兴趣的同志请提前入场。

Enhancing superplasticity of engineering ceramics by introducing BN nanotubes

Qing Huang et al 2007 Nanotechnology 18 485706 (7pp)   doi:10.1088/0957-4484/18/48/485706
Qing Huang¹, Yoshio Bando¹, Xin Xu², Toshiyuki Nishimura¹, Chunyi Zhi¹, Chengchun Tang¹, Fangfang Xu³, Lian Gao³ and Dmitri Golberg^1
1 Nanoscale Materials Center, National Institute for Materials Science, 1-1, Namiki, Tsukuba, Irabaki 305-0044, Japan
² Department of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, People's Republic of China
³ Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050, People's Republic of China
E-mail: Huang.Qing@nims.go.jp and xuxin@ustc.edu.cn

附上文章PDF文件，请自由下载。

PDF: 复合陶瓷超塑性研究

 dracker先生对这个工作的来源很感兴趣，其实我在前面一篇博文里面谈到了一点。这个工作完全不是什么基金资助，或者申请了某个项目，可以说是茶余饭后的自由发挥，和XUXIN博士聊天交流而得。去年做这个工作的时候，XU博士已经开始着手准备回国的事情，所以工作是断断歇歇，好比爬筑波山，到最后也就是得到文章中的结果。其实如果XU博士能再留半年，或者我们早半年开展工作，那么还可以做的深入一点。不过，这些都没有关系，我们得到的结论是最重要的，那就是一维材料在陶瓷的静态和动态晶粒长大过程中起到了重要的调控作用，一个引申的应用就是改善了结构陶瓷的高温超塑性。

陶瓷是大家每天都摸到东西，比如说碗、杯、墙砖等等。呵呵，当年亲人们问我学啥时，我不直接说技术陶瓷专业，而是无机非金属专业。如果再继续问这个无机非金属是研究什么，那么我就要崩溃投降了，我是烧窑的啊！后来一学才知道陶瓷有功能陶瓷和结构陶瓷两大类，用途上至航天下至钻井钻头，连日常打火机里面的打火器也是压电陶瓷做成的，可以学的东西可真不少。烧窑归烧窑，做陶瓷是要烧出来的，不过现在用上了各种新式武器，如前面提到的快速等离子烧结炉，真空炉，热压炉，高频感应炉，微波炉等等。现在陶瓷的发展虽然在理论上停步不前，但是在工艺上已经state of art了。我从02年接触到碳纳米管材料到现在，目睹了纳米材料领域的发展，回过头来一想，这陶瓷领域需要用纳米概念更新的方向实在太多。有多少纳米制备和表征的方法可以用在陶瓷上啊！所以我决定以后多想想传统陶瓷的问题，希望有好的想法出来。不过话说回来，在制备方面，纳米粉体制备技术的发展已经给陶瓷粉体制备工艺提供了绝好的机会，实际上，胶体化学概念在10年以前就已经深入陶瓷学家的心中了。这个以后可以联系更多的资料，整上一篇陶瓷粉体制备的历史研究。如果不是纳米好卖，搞化学的人才不CARE你们陶瓷粉体精细化呢。现在好，搞陶瓷可以专心研究结构性能，第一步关键工作已经有大量的化学系同志代劳了。

我和XU博士聊天说这个BN材料你是清楚的，陶瓷领域也用了很多作为高温结构材料。它的特点就是耐高温、抗氧化、热学性质好、力学性质好，但是导电性一塌糊涂。现在BN纳米管虽然出来很多年，但是因为导电性这个先天不足，加上难以制备，所以国际上感兴趣的人不多。如果还要量化一下的话，通过ISI搜索，碳纳米管相关联研究文献有2W多篇，但是BN纳米管只有1K不到，虽然C石墨和六方BN的结构极其相似，但是差距就有这么大。不过对于陶瓷研究来说，导电性有时候并不是关注点，力学性能好，高温抗氧化，这就是好卖点。‘那就让我们试试吧！’XU博士在这里一直在做陶瓷超塑性这个方向。

根据XU博士的理解，BN纳米管的杨氏模量既然达到1GPa的话，那么复合材料的高温抗蠕变性能必定很好！这里面有个假定，就是BN纳米管是刚性的。我想既然你对超塑性这些测试表征工作都很熟悉了，我们不妨就看看超塑性性能如何。高温抗蠕变是指在一定温度下，对陶瓷施加压力，然后看尺寸变化，如果尺寸变化不大，那么我们就说抗蠕变性能好。高温超塑性是指在一定温度下，在一定的压力下陶瓷尺寸呈弹性形变，而超过阈值压力陶瓷尺寸呈塑性形变。一般来说陶瓷并不具备塑性形变，这也就是为什么东京工业大学若井史博教授首次报道超塑性陶瓷让世界震惊的原因。陶瓷不具备超塑性是容易理解的，可以这么看，因为陶瓷是由一颗颗小的陶瓷晶粒紧密结合在一起的，所以我们也可以很科学的称呼陶瓷叫做‘多晶体’（multicrystalline），这么一叫文章档次也就上去了,呵呵。多晶陶瓷有个致命缺点就是高温下晶粒极易长大，大晶粒吞噬小晶粒，如果在这样的情况下还压一下陶瓷，那么小裂纹马上扩展为贯穿型的大裂缝，陶瓷也就土崩瓦解了。

如此看来，如果要实现陶瓷的超塑性（由于塑性实验一般都在基体材料熔点的70－80％温度下进行，所以对于陶瓷来说一般是高温超塑性），必须满足一点就是陶瓷的晶粒初始尺寸必须尽量小，而且压制过程必须不会快速长大。若井史博教授当初就是利用氧化锆这个高温软豆腐，而且还掺杂钇作为相稳定剂，制备出了世界首例超塑性陶瓷 [ref. 1]。

(吃饭，下午继续写)

reference

1,

F. Wakai, S. Sakaguchi and Y. Matsuno: Superplasticity of Yttria-Stabilized Tetragonal ZrO2 Polycrystals; Advanced Ceramic Materials, 1, 259-263 (1986). 　　　PDF (591 KB)

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