喻斐

（景德鎮(zhèn)學(xué)院，景德鎮(zhèn)，333000）

0 引言

普通的陶瓷材料在品質(zhì)上存在著許多缺陷，從而導(dǎo)致其在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中受到嚴(yán)重的制約，而納米陶瓷材料則完全不同，憑借著卓越的材料品質(zhì)，能夠在普通陶瓷材料力不能勝的領(lǐng)域中發(fā)揮重要而獨(dú)特的作用。納米陶瓷材料是隨著納米材料的發(fā)展而逐漸興起的，并在近年來(lái)呈不斷發(fā)展之勢(shì)。納米材料是21世紀(jì)材料發(fā)展最重要的方向之一，因此，納米陶瓷材料盡管仍處在發(fā)展的初期階段，但是在未來(lái)卻有著非常廣闊的發(fā)展?jié)摿εc空間，并受到業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注，納米陶瓷產(chǎn)品也將以優(yōu)越的性能與品質(zhì)而在未來(lái)的陶瓷產(chǎn)品中大放異彩。由于材料的特殊性能，納米陶瓷產(chǎn)品的設(shè)計(jì)顯然與普通陶瓷產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是大不相同的，它必須基于納米陶瓷材料特性，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出契合于人們需求的產(chǎn)品。

1 納米陶瓷材料特性

納米陶瓷材料與普通陶瓷材料的不同之處在于，它在顯微結(jié)構(gòu)中呈現(xiàn)出納米量級(jí)的物相，是利用納米粉體對(duì)陶瓷材料進(jìn)行改性，加入或生成納米量級(jí)的顆粒、晶片纖維等等，使晶粒、晶界及其結(jié)合均達(dá)到納米級(jí)別，從而產(chǎn)生出與普通陶瓷材料大不相同的獨(dú)特性能，從而為陶瓷材料的應(yīng)用拓展出一個(gè)全新的領(lǐng)域。納米陶瓷材料具有許多特性，大致地來(lái)說(shuō)，主要包括以下幾種特性。

1.1 超塑性

納米陶瓷材料的超塑性指的是在拉伸試驗(yàn)中，能夠達(dá)到超出一般的形變，從而成為一種可塑性很強(qiáng)的陶瓷材料。就普通陶瓷材料而言，是一種可塑性非常低的材料，作為一種脆性材料，在常溫下幾乎不發(fā)生形變。而納米陶瓷材料則不然，它的材料顆粒在外力作用下是非常容易發(fā)生遷移的，能夠自由地彎曲延展，具有很強(qiáng)的韌性，從而表現(xiàn)出很強(qiáng)的可塑性。其中的納米二氧化鈦材料，在常溫條件下即可以發(fā)生塑性形變，而在180攝氏度時(shí)，其塑性形變可達(dá)至100%。納米陶瓷材料的這種趣塑性特點(diǎn)為陶瓷材料在低溫下進(jìn)行塑性成形提供了條件。

1.2 低溫?zé)Y(jié)性

由于納米陶瓷材料具有很強(qiáng)的塑性形變性能，因而在燒結(jié)溫度上也大大降低。通常來(lái)說(shuō)，納米陶瓷材料的燒結(jié)溫度與普通陶瓷相比要降低500至600攝氏度，這就使得燒結(jié)的速度大大加快，也大大節(jié)約了能源，對(duì)于需要高溫?zé)Y(jié)的陶瓷材料來(lái)說(shuō)非常有利。而盡管燒成溫度低，但納米陶瓷材料卻具有很強(qiáng)的抗高溫性能。

1.3 高致密性

在普通陶瓷中，很難做到高致密性和細(xì)結(jié)晶的同時(shí)存在，而在陶瓷中引入納米材料，則無(wú)需添加任何助劑即可以實(shí)現(xiàn)高致密性和細(xì)結(jié)晶，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)以后能夠達(dá)到幾乎百分之百的致密性。高致密性使得納米陶瓷材料非常精細(xì)，能夠抵抗各種強(qiáng)腐蝕性物質(zhì)并具有很強(qiáng)的耐磨性。

1.4 高韌性

在陶瓷中，只需要添加少量的納米材料，即可以極大地增強(qiáng)陶瓷材料的抗彎曲性和斷裂韌性，遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過普通陶瓷材料，從而使納米陶瓷材料成為一種高強(qiáng)度的材料，不易發(fā)生破裂。如在室溫下，納米二氧化鈦陶瓷材料能夠壓縮至原長(zhǎng)度的四分之一而不斷裂。再如，在陶瓷材料中加入適量的納米二氧化硅材料，即可以使陶瓷材料的韌性增強(qiáng)數(shù)倍至數(shù)十倍之多。由于高致密性和高韌性，納米陶瓷材料的硬度也非常高，是普通陶瓷硬度的5-6倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通陶瓷材料，在力學(xué)性能上非常優(yōu)越。

1.5 磁電特性

納米陶瓷材料還能夠與鐵磁原子一樣具有磁性，依據(jù)相互作用的大小，可以表現(xiàn)出超順、超鐵等磁性特性。納米陶瓷材料還能夠很好地提高陶瓷材料的絕緣性以及介電性，而這也是普通陶瓷材料所不具備的特性。

2 納米陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域

由于納米陶瓷材料所具有的優(yōu)越性能，它在陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，在建筑衛(wèi)生、軍事防護(hù)等等各個(gè)領(lǐng)域的陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)當(dāng)中均能夠發(fā)揮非常積極而突出的作用。

2.1 建筑衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)

我國(guó)的建筑陶瓷進(jìn)入21世紀(jì)以后迅猛發(fā)展，從產(chǎn)量上來(lái)看，已經(jīng)成為世界建筑陶瓷大國(guó)，但是高檔建筑陶瓷釉料仍需要進(jìn)口，高檔衛(wèi)生陶瓷也需要大量進(jìn)口。而納米陶瓷材料如果在我國(guó)建筑衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用，將推動(dòng)我國(guó)功能性建筑衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)的大發(fā)展，包括諸如保潔、抗菌、熒光、變色等功能的建筑衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。由于納米陶瓷材料的高韌性、高硬度等優(yōu)越性能，也將極大地增強(qiáng)建筑衛(wèi)生陶瓷的品質(zhì)，從而增強(qiáng)中國(guó)建筑衛(wèi)生陶瓷的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，樹立國(guó)際性品牌。

2.2 軍事防護(hù)陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)

普通陶瓷是采用脆性材料制作的，其防護(hù)能力非常低下，稍微遭受外力撞擊即可能出面釉面或胎體受損，而納米陶瓷材料則不然，它具有極強(qiáng)的防護(hù)能力，能夠抵御很強(qiáng)的沖擊力，因此納米陶瓷材料可以廣泛地應(yīng)用于軍事防護(hù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制作當(dāng)中，如設(shè)計(jì)制作納米防彈陶瓷層，用于防彈背心、坦克、車輛的裝甲防護(hù)等。采用納米陶瓷材料設(shè)計(jì)的防護(hù)陶瓷產(chǎn)品，較金屬防護(hù)材料要輕便，而性能則更為優(yōu)越，能夠發(fā)揮重要的國(guó)防作用。

2.3 抗高溫陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)

納米陶瓷材料具有超強(qiáng)的抗高溫能力，并具有良好的抗腐蝕性、耐磨性等優(yōu)越性能，在高溫陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)中亦有很大發(fā)展空間。利用抗高溫的能力，可以將其應(yīng)用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件的設(shè)計(jì)當(dāng)中，提高其穩(wěn)定性和使用壽命。

2.4 生物陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)

利用納米陶瓷材料的強(qiáng)大特性，在生物陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)中亦能夠發(fā)揮極大作用，如陶瓷牙齒、陶瓷骨胳、陶瓷關(guān)節(jié)等等生物陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，如果應(yīng)用納米材料，可以極大地提高產(chǎn)品的性能，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的植入體，更為安全便捷，提高使用效率及降低成本，并具有很好的生物相融性，因而應(yīng)用前景也十分廣闊。

2.5 刀具陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)

納米陶瓷材料在生活陶瓷當(dāng)中同樣能夠得到廣泛應(yīng)用，納米刀具陶瓷產(chǎn)品即是典型例子。采用納米陶瓷材料設(shè)計(jì)的刀具陶瓷產(chǎn)品具有更強(qiáng)的硬度和切削能力，并且耐磨和抗腐蝕，在高溫環(huán)境中也能正常使用，因此，納米陶瓷材料是刀具陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)的理想材料。

2.6 電子陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)

納米陶瓷材料所具有電學(xué)性能使之也能夠廣泛地應(yīng)用于電子陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)當(dāng)中，諸如基板、感測(cè)器、電容器、壓電蜂鳴器等等，還可以利用其超高純度、熱導(dǎo)性和耐干擾等性能，用來(lái)制作下一代電腦芯片，應(yīng)用前景亦十分廣闊。

3 基于納米材料特性的陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 注重突出納米陶瓷材料的優(yōu)越性能

采用納米陶瓷材料制作的陶瓷產(chǎn)品與普通陶瓷相比，最大的區(qū)別在于其顯著的材料特性，而消費(fèi)者看重的也正是納米陶瓷產(chǎn)品的優(yōu)越性能，因此，納米陶瓷產(chǎn)品在設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)盡量突出與強(qiáng)調(diào)納米陶瓷產(chǎn)品與眾不同的優(yōu)越品質(zhì)。納米陶瓷材料的優(yōu)越特性在前文中已加以介紹，在納米陶瓷材料設(shè)計(jì)中，不可能突出所有的材質(zhì)優(yōu)勢(shì)，因而在設(shè)計(jì)中依據(jù)產(chǎn)品類型的不同而突出納米陶瓷材料一種或幾種優(yōu)越的材料特性，如在納米建筑陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)中注重其出眾的環(huán)保特性與高韌性、高硬度以及特殊裝飾效果；在納米軍事陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)中注重其出眾的防護(hù)能力等等?？傊?，納米陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)使納米陶瓷產(chǎn)品能夠非?？焖俚叵蛳M(fèi)者展示出納米陶瓷產(chǎn)品與眾不同的優(yōu)越材料性能，使消費(fèi)者能夠迅速感受到納米陶瓷產(chǎn)品的獨(dú)特魅力。

3.2 注重納米陶瓷產(chǎn)品的精小性

與普通陶瓷材料相比，納米陶瓷產(chǎn)品所采用的納米陶瓷材料是一種精致小巧的納米級(jí)材料，因此，在納米陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)注重納米陶瓷產(chǎn)品的精小性，以突出納米陶瓷材料能夠制造非常精微的產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)。也正因?yàn)槿绱?，納米陶瓷產(chǎn)品大都具有非常精巧的結(jié)構(gòu)，體積往往也很小，很多時(shí)候只是產(chǎn)品中的局部結(jié)構(gòu)中使用精巧的納米陶瓷，以達(dá)到普通陶瓷材料所難以達(dá)到的精微性，因而納米陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)中不宜像普通陶瓷那樣設(shè)計(jì)大型甚至超大型的產(chǎn)品，而是需要注重其精小性，既避免浪費(fèi)寶貴的納米陶瓷材料，也能夠突出納米陶瓷材料的精微特性，同時(shí)也使得納米陶瓷產(chǎn)品因小巧和質(zhì)量輕而具有便攜性的特點(diǎn)。

3.3 注重納米陶瓷產(chǎn)品的環(huán)保性

具有自潔特性是納米陶瓷產(chǎn)品的重要材料特性之一，這是因?yàn)榧{米陶瓷材料因分子結(jié)構(gòu)非常細(xì)小，空氣中的灰塵等細(xì)小顆粒非常難以在納米陶瓷產(chǎn)品上附著，從而使納米陶瓷產(chǎn)品具有自潔性，而普通的陶瓷產(chǎn)品則不具有自潔性，時(shí)間放置較久即沾滿灰塵，需要花費(fèi)較大氣力進(jìn)行清潔。與此同時(shí)，納米陶瓷材料在光照條件下表現(xiàn)活躍并與表面附著的有機(jī)物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而使產(chǎn)品表面附著的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，達(dá)到去污的效果。因此，納米陶瓷產(chǎn)品具有很強(qiáng)的環(huán)保特性，納米陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮與突出與環(huán)保特性，如運(yùn)用于建筑衛(wèi)生陶瓷當(dāng)中，使消費(fèi)者感受到潔凈環(huán)保的特殊性能。

3.4 注重契合消費(fèi)者需求

不同的消費(fèi)者對(duì)納米陶瓷產(chǎn)品有著不同的需求，這就需要納米陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)者不應(yīng)只注重于在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中突出與強(qiáng)調(diào)其材料的優(yōu)越特性，還應(yīng)當(dāng)關(guān)注不同消費(fèi)人群的不同需求，及時(shí)地了解這些需求并進(jìn)行深入分析，以使所設(shè)計(jì)的納米陶瓷產(chǎn)品既具有優(yōu)越的材料性能，而同時(shí)也能使這些材料性能契合于特定消費(fèi)群體的需求。消費(fèi)者的需求不僅在于材料的功能性，還包括審美需求、情感需求等等。因此，納米陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，不僅應(yīng)當(dāng)注重發(fā)揮材料的優(yōu)越功能，還應(yīng)盡力做到美觀，成為實(shí)用與審美的結(jié)合體，并通過一些人性化的設(shè)計(jì)，使消費(fèi)者產(chǎn)生一種舒適美好的消費(fèi)體驗(yàn)。

3.5 注重納米陶瓷產(chǎn)品的與時(shí)俱進(jìn)

至目前為止，納米陶瓷材料的研發(fā)仍屬于初興階段，技術(shù)處在不斷更新當(dāng)中，因此，納米陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)做到與時(shí)俱進(jìn)，關(guān)注國(guó)內(nèi)外納米陶瓷材料技術(shù)的發(fā)展新動(dòng)向，及時(shí)了解納料陶瓷材料最新研究成果，并在設(shè)計(jì)中盡量采用新的先進(jìn)技術(shù)。納米科技是未來(lái)科技發(fā)展的重要方向，是構(gòu)成各國(guó)核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要組成部分，納米陶瓷產(chǎn)品也必將在未來(lái)成為陶瓷產(chǎn)品中體現(xiàn)國(guó)家核心競(jìng)爭(zhēng)力的非常重要的產(chǎn)品，因此，納米陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)抱著一種使命感與責(zé)任感進(jìn)行設(shè)計(jì)，努力吸取納米陶瓷材料的最新成果，使產(chǎn)品能夠處于先進(jìn)水平并不斷向前發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

納米陶瓷材料作為一種新型的陶瓷材料，進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)迅速發(fā)展，正在受到世界各國(guó)的高度關(guān)注與重視，以戰(zhàn)略性的高度并對(duì)其開展深入研究。納米陶瓷產(chǎn)品則是基于納米陶瓷材料性能而設(shè)計(jì)制作的特殊陶瓷產(chǎn)品，由于納米陶瓷材料本身也還有許多工藝問題有待解決，因此，納米陶瓷產(chǎn)品的設(shè)計(jì)可以說(shuō)還處于起步階段，而要真正達(dá)到完善與成熟則還有很長(zhǎng)的一段路要走。目前，納米陶瓷材料技術(shù)正在不斷地取得新的進(jìn)展，而這就為納米陶瓷產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供了源源不斷地推動(dòng)與促進(jìn)力量，而反過來(lái)，納米陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)的發(fā)展也將對(duì)納米陶瓷材料技術(shù)的進(jìn)步產(chǎn)生加速作用，因此，納米陶瓷材料和納米陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)的未來(lái)可期。