Nanoseramik,
oksitler, karbitler, nitritler, boridler ve 100 nm'ye kadar değişen ortalama
boyuta sahip kristalitlerden (grainler) oluşan diğer inorganik bileşiklere
dayanan kompakt bir malzemedir.
Nanoseramik genellikle nanoskala tozlardan şekillendirme ve
sinterleme teknikleri kullanılarak üretilmektedir. Yoğun iç sürtünme nedeniyle
nanotozları sıkıştırmak zordur. Sıkıştırma işeme için impuls ve hidrostatik
şekillendirme, slip ve jel dökme ve akışkan ekstruzyon gibi metotlar
kullanılabilir. Nanoseramik üretimindeki en önemli zorluklardan biri normal
koşullardaki sinterleme sırasında grainin (tane, zerre) aşırı şekilde
büyümesidir. Bu etkiyi engellemek için iki temel metor kullanıır. Bunlardan
biri baz toza çözünmeyen doplama ajanlarının ilave edilmesidir; bunlar grainlerin
sınırlarında yerleşerek biraraya gelmelerine ve birleşmelerine engel olur.
Diğeri, sıkıştırma ve sinterlemede özel metotlar ve modlar uygulanmasıdır; yönteme
göre, yüksek-sıcaklık üretim aşamalarının (impuls presleme, sıcak presleme,
bazı ön-sinterleme tipleri) sürelerinde ve/veya sıcaklıklarında önemli derecelerde
düşüşler mümkün olur.
Nanoseramik malzemelerin yapıya-duyarlı özellikleri, büyük
ölçüde, mikron boyutlu grainler içeren konvansiyonel seramiklerin
özelliklerinden farklılık gösterebilir. Bazı mekanik (Al2O3),
elektrik (Y: ZrO2) veya optik (Nd: Y2O3)
özellikler gelişebilir; ancak grain boyutuna bağlı olan özelliklerin doğası son
derece sübjektiftir (öznel) ve hem özelliğin fiziksel doğasına ve hem de seramiklerin
fiziksel-kimyasal özelliklerine göre değişir. (Bak. Nanoseramiklerin
Sinterlenmesi)
Şekil-1’de nanoseramiklerde kristalitlerin ortalama boyutu
değişim, Şekil-2’de nanoseramiklerin tipik yapıları gösterilmiştir.
Şekil-2’de görülen nanoseramiklerin tipik yapıları:
(a)
Mikrokristalin-matris seramik nanokompozit; bir fazda mikroskala grainlerin,
ikinci fazda nanoskala partiküllerin bulunduğu ve ikinci fazın mikroskala
grainler arasında grain sınırlarında yerleştiği kompozittir.
(b) Mikrokristalin-matris seramik nanokompozit; ikinci fazın
mikroskala grainlere gömülmüş küresel nanokristalitler olduğu kompozittir.
(c) Mikrokristalin-matris seramik nanokompozit; ikinci fazın
fiberlerinin grain sınırlarında ve mikroskala grainlerin içlerinde yerleştiği
kompozittir.
(d) Tek-faz nanokristalin seramik; grain boyut dağılımı dar
olan eşeksenli (yaklaşık) nanoskala grainler içerir.
(e) Nanokristalin-matris seramik kompozit; farklı fazlarda
grain boyut dağılımı dar olan eşeksenli (deneysel) nanoskala grainler içerir.
(f) Nanokristalin-matris seramik kompozit; ikinci fazın
fiberlerini içerir.
Şekil-1: Nanoseramiklerde kristalitlerin ortalama boyutu değişim;
ZrO2–CeO2–Al2O3 sistemi için
(400–1400 0С sıcaklık aralığında)
Şekil-2: Nanoseramiklerin tipik
yapıları; (a), (b), (c) Mikrokristalin-matris seramik nanokompozitler, (d)
Tek-faz nanokristalin seramik, (e), (f) Nanokristalin-matris seramik
kompozitler
