我从本科学习陶瓷专业，研究生时期研究热敏功能陶瓷，博士时研究复合陶瓷的结构和功能，在日本转到研究氮化硼纳米管复合材料，来到美国重新回到结构纳米陶瓷的制备和机理性研究。科研的道路就是这么千奇百怪，完全由着性子来，不过现在才发现在光怪陆离的各种现象后面结构材料的研究才有一种原始的美。

所以来聊聊陶瓷，很多陶瓷学基本问题到现在都还是一个争论和需要发展的领域。什么是陶瓷？陶瓷就是多晶材料，不是单晶材料。食盐颗粒就是一个单晶，当我们把一把食盐压成块体那可以说就是气孔率很大的陶瓷生坯了。由于这些颗粒的晶体取向在块体中各不相同，所以陶瓷就可以称为多晶材料。多晶材料比陶瓷更好听，所以别人问我做什么的，我就说做多晶材料的，继续追问的话我只得说陶瓷了。

陶瓷学里面一个最基本的问题就是如何得到组分、形貌、尺寸均匀的陶瓷？这个涉及到陶瓷制备工艺，但是工艺里面有科学。其中之一就是陶瓷内部的这么多晶粒是如何生长的？弄两张图来说明可能更加讲清楚一点，明天再贴吧。

             

（左图为初始氧化铝粉末，右图为氧化铝陶瓷多晶结构）

简单地说陶瓷可以看作三相复合体：晶粒，晶界和气孔。晶界就是两个晶粒之间的界面，当然也有可能是一层很薄的玻璃相或者偏析相；气孔一般存在于多个晶粒的交汇处，陶瓷烧结过程中气孔的排出是个大问题。

问题来了，为什么我们用很细的初始陶瓷粉体，即便粉体在100纳米以下（纳米粉体的实际应用其实最早来源于精细陶瓷的研究，也就是胶体成型等技术中）最后得到的陶瓷晶粒总是达到微米级以上？这种现象叫做晶粒生长。晶粒生长分为一次和二次生长，一次生长是晶粒总体平均尺寸的长大，二次生长是少数一部分晶粒吞噬周围的小晶粒长成超级大晶粒。俄罗斯有18个billionaires，说明这块陶瓷有18个巨型晶粒，而加拿大和澳大利亚一个都没有，说明这些国家还是蛮平均的。其实日本的晶粒尺寸也蛮平均的，大学生毕业后第一份工作薪金都差不多，博士毕业的好像也就比本科生多了五六万的样子。

扯远了，回到陶瓷。我考虑的是为什么陶瓷晶粒会生长这么快？答案很简单，因为陶瓷晶界能很高，所以当粉体接触到一起的时候，这些界面必须要去除掉块体才能稳定，这个去除过程有一个势垒，也就是必须给予一定的能量才能使大量的界面融合并减小，越过这个初始势垒就需要一定的温度，也就是陶瓷的烧结。

按照上面的理论，陶瓷晶粒会不断长大，界面越来越少，最后应该形成一个单晶才对。但是实际情况并不是如此，我们最后只能得到多晶陶瓷，不能用简单的烧结的方法得到单晶材料。这就奇怪了，好像里面有矛盾！

陶瓷学家想出一个理论：就是晶粒在生长过程中晶界的迁移速率是有限的。这个解答实际上和没有解答差不多，所以说陶瓷学基础问题还有很多需要同仁们的努力。其实不佞已经有了答案，只是大家不肯承认 ：）我认为之所以晶粒生长进一步受限，晶界不再合并，那是因为多晶体的不同取向造成的。当两个相邻晶粒生长为一个晶粒的时候，必然包含界面处不同晶格取向的原子迁移的过程，处于不同的取向的原子必然处于不同的能量态，所以这个能量态之间的差异正是晶粒生长的反动力。陶瓷烧结初期好说话，因为界面能的变化完全可以抵消掉晶格原子取向位能的差异，所以陶瓷晶粒生长很快，但是到了烧结末期，陶瓷晶粒粗化，界面处两侧原子能量分布变窄，必然造成原子迁移减慢。

好像说起来是那么一回事，但是这个假设需要理论和计算模拟来验证一下，感兴趣的请联系我 ：）

上面说的是单相陶瓷，只有一种化合物的情况，对于复相陶瓷又更为复杂了。比如当碳纳米管这种材料加入氧化铝或者其他陶瓷基体中总是能减小晶粒尺寸，减缓晶粒的生长。这里面不光有增加界面的作用，而且还有晶界应力的作用。这些正是我现在需要搞清楚的问题。。。

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