奈米陶瓷是20實際80年代中期發展的先進材料，奈米陶瓷是指在陶瓷材料的顯微結構中，晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、氣孔尺寸、缺陷尺寸等都是奈米水平的一類陶瓷材料。由於小尺寸效應、表面和介面效應、量子尺寸效應和巨集觀量子隧道效應，奈米陶瓷呈現出與微公尺陶瓷不同的獨特效能。
廣義地講，奈米陶瓷材料包括奈米陶瓷粉體、單相和復相奈米陶瓷、奈米—微公尺復相陶瓷和奈米薄膜。它被認為是陶瓷研究發展的第三個台階。從微公尺級的先進陶瓷到奈米陶瓷是當前陶瓷研究的三大趨勢之一。
先進陶瓷是採用人工合成的原料，在顯微結構方面，主要考慮是晶粒尺寸大小及其分布，晶界的組成、態別和其含量以及它的分布狀態，此外就是氣孔和微小裂紋或稱巨集觀缺陷的大小及其分布等。其中主要的問題是晶粒尺寸。現有陶瓷材料的晶粒尺寸一般是在微公尺級的水平，這主要是由所採用的工藝所決定的。
若通過工藝上的改進而製備出使晶粒尺寸降低到奈米級的水平，即稱之為奈米結構陶瓷或奈米陶瓷。
奈米晶材料結構包含兩個結構組元：具有長程有序、不同晶相的晶粒組元；晶粒間的介面組元。奈米陶瓷的結構也一樣包含奈米量級的晶粒、晶界和缺陷。
基於不同的實驗結果，許多人提出了一些關於奈米材料介面的模型結構：
（1） 類氣態模型。類氣態模型的觀點是奈米未經介面內的原子排列既無長程有序，又無短程有序，是一種類氣態的，無序程度很高的結構。
（2） 有序模型。這個模型認為奈米材料的介面原子排列是有序的。
（3） 結構特徵分布模型。這個模型認為介面並不是具有單一的、同樣的結構，介面結構是多種多樣的。由於在能量、缺陷、相鄰晶粒取向以及雜質偏聚上的差別，使奈米材料的介面存在乙個結構特徵分布。
奈米材料的製備工藝主要包括奈米粉體的製備、成型和燒結，它包含大量的研究內容和關鍵技術。和微公尺陶瓷相比，原料粉末粒度變小將引起奈米粉體的團聚、成型素坯的開裂以及燒結過程中的晶粒長大等問題已成為製備或提高奈米陶瓷質量的關鍵。
1、 奈米粉體的製備方法
製備奈米陶瓷，首先要製備出效能優異的奈米粉體。自2023年德國的gleiter採用惰性氣體冷凝法製備出奈米顆粒以來，大量新工藝、新方法的出現，使奈米粉體的製備成為奈米材料科學中最為活躍的領域。目前已用氣相法、液相法和高能球磨法等製備了大量的各式各樣的奈米粉體。
奈米微粒的製備的技術關鍵是**奈米粉體的同性和個性，控制工藝因素，製備單分散的優質奈米粉體。然而在溼化學法中製備奈米粉體的過程中存在的最大問題是粉末的團聚。團聚體的存在無論對燒結過程還是對製品的效能都是非常有害的。
團聚是當今高技術領域（特別是奈米陶瓷）內是乙個普遍關注、亟待解決的問題。控制粉末的團聚已成為製備高效能陶瓷材料的一項關鍵技術。
2、 奈米陶瓷的成型
由於奈米微粒的比表面積非常大，因此給陶瓷素坯成型帶來極大地困難，不僅是在素坯密度得不到提高，而且在模壓成型或熱壓燒結裝樣時，還經常出現粉體在模具裡裝不下的情況，解決的辦法通常有兩條：一是用造粒的方法減小粉體的比表面積；二是用濕法成型。乙個常用的造粒方法是將奈米粉體加壓成塊，然後再碾細、過篩。
這個方法增加了粉體的顆粒度以便於成型，而同時並沒有改變晶粒尺寸。
3、 奈米陶瓷的燒結
奈米陶瓷燒結的***壞將直接影響到奈米陶瓷的顯微結構，從而影響其效能。陶瓷工藝中應用奈米粉體會對燒結過程產生巨大的影響，而且會出現一些新問題。由於奈米陶瓷粉體具有巨大的比表面積，使得作為粉體燒結驅動力的表面能劇增，燒結過程中物質反應接觸面增加，擴散速率大大增加，擴散路徑大大縮短，成核中心增多，反應距離縮短。
這些變化必然使燒結活化能大大降低。
奈米粉體的一系列特性引起燒結速率加快，若採用傳統的燒結方法，很難抑制住晶粒的長大，而晶粒尺寸的過分增長就有可能使其失去奈米陶瓷的特性。因此，必須進行工藝控制和採用一些特殊的燒結方式。這些燒結方法是：
惰性氣體蒸發—凝聚原位加壓製備法；真空燒結；快速微波燒結；放電等離子體燒結；高溫等靜壓燒結；熱壓燒結；超高壓低溫燒結；**燒結；常壓燒結（加入新增劑）；有機前驅物法等。
奈米材料的超細晶粒、高濃度晶界以及晶界原子鄰近狀況決定了它們具有明顯區別於無定行態、普通多晶和單晶的特異性能。
1、 擴散和燒結效能
陶瓷的製備和效能與擴散有關。研究表明，奈米相材料中的原子擴散，比傳統材料快得多，奈米相晶界擴散係數比多晶界擴散係數高幾個數量級。這是由於在奈米晶體材料的晶粒邊界含有大量的原子，無數的邊界為原子提供了高密度的短程環形擴散途徑，因此，與體相材料和單晶材料相比，它們具有較高的擴散率。
增強的擴散能力產生的另乙個結果是可以使奈米材料的燒結溫度大大降低。
2、 力學效能
不少的奈米陶瓷的硬度和強度比普通陶瓷高4 ~ 5倍或更高。大量的實驗表明，奈米材料硬度的變化呈現以下特點：
（1） 總的趨勢是硬度隨著粒徑的減小而增加。
（2） 奈米範圍內，hall-patch關係式中的斜率要比一般尺寸材料小得多。
（3） 對奈米結構材料試樣進行熱處理，使晶粒長大，其硬度值高於那些沒有經過熱處理而晶粒大小相似的試樣。
3、 超塑性
奈米陶瓷晶粒細化，晶界數量大幅度增加，擴散性高，可提高瓷材料的韌性和產生超塑性。因此，人們追求的陶瓷增韌和超塑性問題可望由奈米陶瓷來解決。超塑性是指材料在斷裂前產生很大的伸長量。
這種現象通常發生在經歷中溫以及中等到較低的應變速率條件下的細晶材料中。超塑性機制目前還有爭論，但是從實驗現象中可以得出晶界和擴散率在這一過程中起著主要作用。
4、 電學性質
電阻：對摻1%pt的奈米的顛倒研究表明，顛倒呈強烈非線性和可逆性。最近通過對奈米氧化物的研究，對電導與溫度、組成和擠壓壓力間的關係測試結果的觀察發現：
儘管電阻很小，但奈米材料的電導溫度曲線的斜率比體相材料的要大。改變化合物中具有電導的組分就可以使電導發生數量級的變化。
介電性：奈米材料的介電常數和介電損耗與顆粒尺寸有很強的依賴關係，電場頻率對介電行為有極強的影響，並顯示出比常規粗晶材料強的介電性。
5、 光學性質
奈米材料的紅外吸收研究近年來比較活躍，主要集中在奈米氧化物、氮化物和奈米導體材料上，觀察到了一場紅外振動吸收，並在一些奈米材料中觀察到了頻移。此現象是由奈米材料的小尺寸效應、量子效應、晶場效應等引起的。
儘管奈米陶瓷研究才有二十多年的歷史,還處於初始研究階段,在工業上還未得到廣泛的實際應用,但它具有許多傳統晶體和非晶體材料所沒有的獨特效能,已取得的研究結果表明,奈米陶瓷將在以下幾方面顯示出有價值的應用前景。
奈米陶瓷的超塑性的產生和韌性的提高已成為推動奈米材料研究的原動力之一。奈米陶瓷的超塑性在電子、磁性、光學以及生物陶瓷方面有潛在應用。超塑性應用在先進陶瓷淨尺寸製備成為可能。
在材料工程上，利用陶瓷超塑性變形特性，使陶瓷如同金屬一樣，可用鍛壓、擠壓、拉伸、彎曲和氣壓膨脹等成型方法，直接製成精密尺寸的陶瓷零件，以及超塑性連線。奈米陶瓷可能具有的低溫超塑性、延展性和極高的斷裂韌性，將使其成為兼具陶瓷和金屬優點的新的結構和功能材料，在航空、航天、機械、電子資訊等眾多領域具有無限廣闊的應用前景。
高溫結構陶瓷方面sic/、sic/sic、sic/等奈米—微公尺復相陶瓷，具有高於一般單相陶瓷的斷裂強度和斷裂韌性。其中sic/材料的抗氧化性明顯優於陶瓷；sic/sic材料具有良好的機械加工型；sic/奈米—微公尺復相陶瓷和單相陶瓷相比，斷裂強度提高4倍，斷裂韌性提高近37%，最高使用溫度可從800℃提高到1200℃。所有這些特性使得奈米—微公尺復相陶瓷成為極有希望的一類結構材料。
在感測器方面，奈米zno、nio、、pzt、等可製成各種效能優良的溫度、紅外檢測、汽車排氣等感測器。
另外，奈米陶瓷在催化、磁記錄、光電器件等方面有良好的應用前景。
奈米陶瓷作為一種新型的高效能陶瓷，越來越受到世界各國科學家的廣泛關注。隨著科技界對奈米陶瓷的研究和開發的深入，人們發現越來越多的問題。由於陶瓷粉末粒度變小將引起奈米粉體的團聚、成型素坯的開裂以及燒結過程中晶粒快速長大等問題，奈米陶瓷的結構和效能必然會受到影響。
因此，無論奈米陶瓷工藝，還是奈米陶瓷理論、效能和應用等都只等深入研究。奈米陶瓷的研究將進一步推動陶瓷學理論的發展，促進陶瓷新工藝的創新。由此，人們追求的陶瓷的韌性和超塑性問題可望在奈米陶瓷中解決。
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