功能陶瓷復(fù)習(xí)(共10頁(yè))

1、如何區(qū)分(qfn)結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷？結(jié)構(gòu)陶瓷是指在應(yīng)用是主要利用其力學(xué)機(jī)械(jxi)、熱及部分化學(xué)功能的先進(jìn)陶瓷，如果能在高溫下應(yīng)用的陶瓷就稱為高溫結(jié)構(gòu)陶瓷。功能陶瓷(toc)是指應(yīng)用是主要利用其非力學(xué)性能的先進(jìn)陶瓷材料，這類材料具有一種或多種功能，如電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、化學(xué)、生物等；有的有耦合功能，如壓電、壓磁、熱電、電光、聲光、磁光等。功能陶瓷的耦合效應(yīng)有哪些？壓電、壓磁、熱電、電光、聲光、磁光等。功能陶瓷如何分類電磁功能陶瓷:電介質(zhì)陶瓷(電絕緣陶瓷,電容器陶瓷,壓電陶瓷)、半導(dǎo)體陶瓷 、磁性陶瓷、超導(dǎo)陶瓷、化學(xué)功能陶瓷、生物功能陶瓷功能陶瓷的熱學(xué)性質(zhì)有哪些？了解其含義。熱導(dǎo)率：熱導(dǎo)

2、率又稱導(dǎo)熱系數(shù)，是反映材料導(dǎo)熱性能的物理量；熱膨脹系數(shù): 固體在溫度每升高1K時(shí)長(zhǎng)度或體積發(fā)生的相對(duì)變化量。什么是絕緣強(qiáng)度？當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)某一臨界值時(shí)，介質(zhì)由介電狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)。相應(yīng)的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度稱為絕緣強(qiáng)度。功能陶瓷的電學(xué)性質(zhì)有哪些？了解其含義。電導(dǎo)率：電導(dǎo)率是表示物質(zhì)傳輸電流能力強(qiáng)弱的一種測(cè)量值；介電常數(shù)：是衡量介質(zhì)極化行為或介質(zhì)儲(chǔ)存電荷能力的重要特征參數(shù)；介質(zhì)損耗：電介質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)消耗的能量；擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度：當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)某一臨界值時(shí)，介質(zhì)由介電狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)，相應(yīng)的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度稱為擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度。電介質(zhì)陶瓷的電導(dǎo)機(jī)制是什么？了解其含義。離子電導(dǎo) 離子作為載流子的電導(dǎo)機(jī)制。什么(shn

3、 me)是極化？自發(fā)極化？極化方式和基本原理。極化(j hu)：在外電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)內(nèi)部沿電場(chǎng)方向產(chǎn)生感應(yīng)偶極矩，在電介質(zhì)表面(biomin)出現(xiàn)極化電荷的現(xiàn)象叫作電介質(zhì)的極化。自發(fā)極化：極化狀態(tài)并非由外電場(chǎng)所引起，而是由晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所引起，晶體中每個(gè)晶胞內(nèi)存在固有電偶極矩。極化方式:（1）位移式極化：電子或離子在電場(chǎng)作用下的一種完全彈性、不消耗電場(chǎng)能量、介質(zhì)不發(fā)熱、平衡位置不發(fā)生變化、瞬間就能完成、去電電場(chǎng)時(shí)又恢復(fù)原狀態(tài)的極化方式。包括電子極化，離子極化（2）松弛式極化：非彈性的、平衡位置發(fā)生變化、完成的時(shí)間比位移極化長(zhǎng)、消耗電場(chǎng)能量、介質(zhì)發(fā)熱，是一種可逆的過(guò)程，去掉電場(chǎng)時(shí)不能恢復(fù)原狀

4、態(tài)的極化方式。（3）空間電荷極化：自由電荷在障礙處積聚，空間電荷從新分布，形成了介質(zhì)極化，稱為空間電荷極化。（4）自發(fā)極化：由晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)引起的，每個(gè)晶胞內(nèi)存在固有電偶極矩（5）取向極化：極性電解質(zhì)中的偶極矩在外電場(chǎng)作用下，有序化電介質(zhì)陶瓷如何分類？電絕緣陶瓷，電容器陶瓷，壓電陶瓷電解質(zhì)陶瓷怎樣分類根據(jù)參數(shù)的不同，電解質(zhì)陶瓷分為：電絕緣陶瓷和電容器介質(zhì)陶瓷兩大類。其中陶瓷電容器按制造的材料分為：1、非鐵電電容器陶瓷；2、鐵電電容器陶瓷；3、反鐵電陶瓷；4、半導(dǎo)體電容器陶瓷。按性質(zhì)分為壓電陶瓷、熱釋電陶瓷和鐵電陶瓷。各類陶瓷的特點(diǎn)，及常見(jiàn)的化合物（1）電絕緣陶瓷的性質(zhì)：1、高的體積電阻率 2

5、、介電常數(shù)小 3、高頻電場(chǎng)下的介質(zhì)損耗要小 4、機(jī)械強(qiáng)度高 5、良好的化學(xué)穩(wěn)定性化合物分為(fn wi)氧化物和非氧化物兩大類。氧化物：Al2O3 和MgO等絕緣體陶瓷(toc)；非氧化物主要有氮化物陶瓷如：Si3N4、BN、AlN等。（2）電容器陶瓷的性質(zhì)：體積小容量大、結(jié)構(gòu)(jigu)簡(jiǎn)單、耐高溫、耐腐蝕、高頻特性優(yōu)良、品種繁多、價(jià)格低廉。常見(jiàn)化合物：鐵電電容器陶瓷BaTiO3 反鐵電電容器陶瓷PbZrO3介質(zhì)陶瓷、壓電陶瓷、熱釋電陶瓷及鐵電陶瓷之間的相互關(guān)聯(lián)和區(qū)別壓電陶瓷包括鐵電陶瓷，鐵電陶瓷一定具有壓電性，但是壓電陶瓷不一定具有鐵電性。因?yàn)閴弘婓w中一定存在自發(fā)極化,而鐵電體不僅要求陶瓷

6、中有自發(fā)極化的偶極子,還要求偶極子可以隨外電場(chǎng)轉(zhuǎn)向。熱釋電效應(yīng)是溫度變化，正負(fù)電荷的重心發(fā)生相對(duì)位移，使晶體兩端面內(nèi)產(chǎn)生電荷。電解質(zhì)陶瓷史由于電荷在電場(chǎng)的作用下移動(dòng)，造成正負(fù)電荷重心不重合，產(chǎn)生了極化。電致伸縮效應(yīng)、電滯回線電致伸縮：各晶粒在電場(chǎng)作用下的這種沿電場(chǎng)方向的伸長(zhǎng)和垂直電場(chǎng)方向的收縮，就導(dǎo)致了整個(gè)陶瓷試樣沿電場(chǎng)方向的伸長(zhǎng)和在垂直電場(chǎng)方向的收縮。這就是BaTiO3基鐵電陶瓷的電致伸縮現(xiàn)象。電滯回線：極化強(qiáng)度P和外電場(chǎng)強(qiáng)度E間的關(guān)系構(gòu)成電滯回線。什么是介電反常，試用居里-外斯定律解釋。一般用電滯回線中在原點(diǎn)附近的斜率來(lái)表示鐵電體的介電常數(shù)，實(shí)際測(cè)量介電常數(shù)時(shí)外加電場(chǎng)很小。大多數(shù)鐵電體的介

7、電常數(shù)在居里點(diǎn)附近具有很大的數(shù)值，其數(shù)量級(jí)可達(dá)104105，此即鐵電體在臨界溫度的介電反常現(xiàn)象。居里-外斯定律為鐵電體在居里溫度以上時(shí)，介電常數(shù)與溫度關(guān)系的一個(gè)基本定律。從上式可以看出在居里點(diǎn)以上，隨溫度T的升高，介電系數(shù)迅速下降，距離距離溫度越近，下降的程度就越大。BaTiO3鐵電陶瓷老化的含義(hny)是什么？當(dāng)某一BaTiO3鐵電陶瓷介質(zhì)從燒成或被覆電極冷卻后，其介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角的正切值tan存放(cnfng)時(shí)間的推移而逐漸降低，這種現(xiàn)象稱為老化。晶界、相界、疇壁？對(duì)鐵電陶瓷(toc)的介電性能影響。晶界是結(jié)構(gòu)相同而取向不同晶粒之間的界面，晶界隨晶粒減小而增大，介電常數(shù)降低，介電損

8、耗值減小；相界是由結(jié)構(gòu)不同或結(jié)構(gòu)相同而點(diǎn)陣參數(shù)不同的兩塊晶體相交接而形成的界面；壁疇是兩電疇間的分界面，在Tc點(diǎn)以下，介電損耗較大，其主要原因是疇壁運(yùn)動(dòng)，這時(shí)tan值隨外加電場(chǎng)急劇增加。什么是置換改性/摻雜改性？各有什么特點(diǎn)？對(duì)BT陶瓷的介電陶瓷的介電性能如何影響？置換改性是指在生產(chǎn)過(guò)程中向BaTiO3中引入能大量溶解到BaTiO3晶格中并與相應(yīng)位置金屬離子（A位或B位）進(jìn)行置換，形成BaTiO3基固溶體的粒子性加入物，從而使陶瓷性質(zhì)得到改善。其特點(diǎn)是等價(jià)置換，等價(jià)置換導(dǎo)致固溶體的軸率（c/a）降低時(shí)（例如Sr2+、Zr4+、Sn4+等），能使居里峰向低溫方向移動(dòng)；導(dǎo)致軸率升高時(shí)（例如Pb2+

9、的引入），則使居里峰向高溫方向移動(dòng)。摻雜改性是指有些加入物，由于離子半徑相差較大或相應(yīng)離子的電價(jià)不同等原因，在BaTiO3中固溶極限很小，這種小極限固溶導(dǎo)致BaTiO3陶瓷性質(zhì)發(fā)生顯著變化的改性。其固溶極限小，加入物對(duì)BaTiO3鐵電相變溫度影響大。介質(zhì)陶瓷、壓電陶瓷、熱釋電陶瓷及鐵電陶瓷之間的相互關(guān)系和區(qū)別。一般電介質(zhì)壓電體熱釋電體鐵電體電場(chǎng)極化電場(chǎng)極化電場(chǎng)極化電場(chǎng)極化有對(duì)稱中心無(wú)對(duì)稱中心無(wú)對(duì)稱中心自發(fā)極化自發(fā)極化唯一方向多個(gè)自發(fā)極化方向電滯回線壓電陶瓷居里(j l)溫度是什么？試分析鈦酸鋇陶瓷在居里溫度上或下的結(jié)構(gòu)。晶體的順電-鐵電相變溫度稱為(chn wi)居里溫度。當(dāng)溫度(wnd)介于

10、1201460時(shí)BaTiO3屬于立方晶系，所有的氧八面體均以頂角相連，構(gòu)成三維氧八面體族；當(dāng)溫度降至120以下時(shí)，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆綄?duì)稱，c軸略有伸長(zhǎng)，a、b軸略有縮短。c/a1.01，因此具有沿c軸自發(fā)極化的鐵電性。什么是壓電效應(yīng)，什么樣的晶體才有壓電效應(yīng)？壓電效應(yīng)，是指某些介質(zhì)在力的作用下產(chǎn)生形變，在它的某些表面上出現(xiàn)與外力成線性比例的電荷積累，即引起介質(zhì)表面帶電，這是正壓電效應(yīng)，反之，施加激勵(lì)電場(chǎng)，介質(zhì)將產(chǎn)生機(jī)械變形，稱逆壓電效應(yīng)。具有類似鐵磁材料磁疇結(jié)構(gòu)的電疇結(jié)構(gòu)的晶體經(jīng)極化后才有壓電效應(yīng)，電疇是分子自發(fā)形成的區(qū)域，它有一定的極化方向，從而存在一定的電場(chǎng)，在無(wú)外電場(chǎng)作用時(shí)，各個(gè)電疇在晶體上

11、雜亂分布，它們的極化效應(yīng)被相互抵消，因此原始的晶體內(nèi)極化強(qiáng)度為0，不具有壓電性。表示壓電性的參數(shù)是什么？壓電系數(shù)d，壓電陶瓷獨(dú)立的壓電系數(shù)只有3個(gè)，即d33，d31，d15，其他均為0。壓電系數(shù)的角標(biāo)中，第一個(gè)數(shù)字是指電極面的垂直方向或電場(chǎng)方向，第二個(gè)數(shù)字是指應(yīng)力或應(yīng)變的編號(hào)，xyz分別對(duì)應(yīng)123，一般規(guī)定拉伸應(yīng)力和伸長(zhǎng)應(yīng)變?yōu)檎?，所以d33為正值，d31為負(fù)值。敏感(mngn)陶瓷有哪幾種？敏感陶瓷用于制造敏感元件，是根據(jù)某些陶瓷的電阻率、電動(dòng)勢(shì)等物理量對(duì)熱、濕、光、電壓及某種氣體、某種離子的變化特別敏感的特性而制的。按其相應(yīng)的特性，?？砂堰@些材料分別稱為(chn wi)熱敏、濕敏、光敏、壓敏

12、、氣敏、及離子敏感陶瓷。按其具體應(yīng)用，可分為以下幾類：光敏陶瓷（CdS、CdSe）、熱敏陶瓷（PTC陶瓷、NTC和CTR熱敏陶瓷）、磁敏陶瓷（InSb、InAs、GaAs）、聲敏陶瓷（鈦酸鋇陶瓷，PZT）、壓敏陶瓷（ZnO、SiC）、力敏陶瓷（PbTiO3、PZT）、氧敏陶瓷(toc)（SnO2、ZnO、ZrO2）、濕敏陶瓷（TiO2MgCr2O4、ZnO-Li2O-V2O5）。氣敏陶瓷的功能機(jī)理和用途：SnO2氣敏陶瓷：（機(jī)理）是利用氣體在半導(dǎo)體表面的氧化還原反應(yīng)導(dǎo)致敏感元件阻值變化而制成的;當(dāng)半導(dǎo)體器件被加熱到穩(wěn)定狀態(tài)，在氣體接觸半導(dǎo)體表面而被吸附時(shí)，被吸附的分子首先在表面物性自由擴(kuò)散，失

13、去運(yùn)動(dòng)能量，一部分分子被蒸發(fā)掉，另一部分殘留分子產(chǎn)生熱分解而固定在吸附處（化學(xué)吸附）；當(dāng)氧化型氣體吸附到N型半導(dǎo)體（氧化錫，氧化鋅）上，還原型氣體吸附到P型半導(dǎo)體（CrO3）時(shí)，將使半導(dǎo)體載流子減少，而使阻值增大；當(dāng)還原型氣體吸附到N型半導(dǎo)體上，氧化型氣體吸附到P型半導(dǎo)體上時(shí)，載流子增多，使半導(dǎo)體電阻值下降。（應(yīng)用）：利用SnO2燒結(jié)體吸附還原氣體時(shí)電阻減少的特性來(lái)檢測(cè)還原氣體，已廣泛應(yīng)用于家用石油液化氣的漏氣報(bào)警、生產(chǎn)用探測(cè)報(bào)警器和自動(dòng)排風(fēng)扇等。SnO2系氣敏元件對(duì)酒精和CO特別敏感，廣泛用于CO報(bào)警和工作環(huán)境的空氣監(jiān)測(cè)等 ZnO系氣敏陶瓷：（功能）：氣體選擇性強(qiáng)，一般加入適量的貴金屬催化劑

14、來(lái)提高陶瓷元件的靈敏度。（機(jī)理）：摻Pt的氧化鋅氣敏元件對(duì)異丁烷、丙烷、乙烷等碳?xì)浠衔镉休^高靈敏度，摻Pd的氧化鋅氣敏陶瓷元件對(duì)H2、CO靈敏度較高，對(duì)碳?xì)浠衔镬`敏度較差，摻Ag的氧化鋅氣敏陶瓷元件對(duì)乙醇、苯和煤氣較靈敏，且成本也較低。Fe2O3氣敏陶瓷： 不用(byng)貴金屬做催化劑也能得到較高的催化性，高溫下熱穩(wěn)定性好。（應(yīng)用(yngyng)）：Fe2O3作家庭用可燃?xì)怏w報(bào)警器非常合適(hsh)。因它對(duì)水蒸氣和乙醇等不靈敏，故不會(huì)因水蒸氣及酒精的存在而誤報(bào)。壓敏陶瓷的功能機(jī)理：壓敏電阻陶瓷具有非線性伏 - 安特性，對(duì)電壓變化非常敏感。在某一臨界電壓以下，壓敏電阻陶瓷電阻值非常高，幾乎

15、沒(méi)有電流；但當(dāng)超過(guò)這一臨界電壓時(shí)，電阻將急劇變化，并且有電流通過(guò)。隨著電壓的少許增加，電流會(huì)很快增大。氧化鋅壓敏電阻的應(yīng)用：過(guò)壓保護(hù) 穩(wěn)定電壓熱敏陶瓷的分類：按阻溫特性分為：（1）負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻陶瓷，簡(jiǎn)稱NTC熱敏陶瓷；（2）正溫度系數(shù)熱敏電阻陶瓷，簡(jiǎn)稱PTC熱敏陶瓷；（3）臨界溫度熱敏電阻陶瓷，簡(jiǎn)稱CTR熱敏陶瓷基本特性：1、熱敏電阻的阻值（R）：標(biāo)準(zhǔn)阻值（R25）實(shí)際阻值（RT）工作點(diǎn)電阻值（RG）工作點(diǎn)微分電阻（Rd）2、材料常數(shù)（B）（表征熱敏電阻材料物理特性的常數(shù)）3、耗散系數(shù)（或H）（表示熱敏電阻溫度升高1所消耗的功率，描述了熱敏電阻工作時(shí)與外界環(huán)境進(jìn)行熱交換的大小。4、時(shí)間常

16、數(shù)（）（熱敏電阻在零功率狀態(tài)下，當(dāng)環(huán)境溫度由一個(gè)特定溫度向另一個(gè)特定溫度突變時(shí)，熱敏電阻阻值變化63.2%所需時(shí)間）5、溫度系數(shù)（T）（當(dāng)溫度變化1時(shí)，熱敏電阻阻值的變化率）什么是超導(dǎo)體，超導(dǎo)體有什么特征，約束超導(dǎo)體的臨界參數(shù)有哪些？答：在低溫下失去電阻的材料被稱為超導(dǎo)體；基本特征：1、完全導(dǎo)電性與永久電流，當(dāng)物質(zhì)(wzh)的溫度下降到某一確定值Tc（臨界溫度）時(shí)，物質(zhì)的電阻率由有限值變?yōu)榱愕默F(xiàn)象稱為零電阻現(xiàn)象，也稱為物質(zhì)的完全導(dǎo)電性；2完全抗磁性，當(dāng)TTc時(shí)，超導(dǎo)體變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)后，可以(ky)完全排除磁力線的進(jìn)入，超導(dǎo)體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度恒為零；臨界(ln ji)參數(shù)：1、臨界電流密度，在一定溫度

17、下（Tc）使處于超導(dǎo)狀態(tài)的超導(dǎo)體轉(zhuǎn)變成正常導(dǎo)體的電流值就稱為該超導(dǎo)體的臨界電流Ic，通常用與之對(duì)應(yīng)的電流密度Jc來(lái)表述超導(dǎo)體的載流能力，即臨界電流密度2、臨界磁場(chǎng)強(qiáng)度，在一定溫度下當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)某一特定值，磁力線會(huì)進(jìn)入處于超導(dǎo)狀態(tài)的超導(dǎo)體，使其失去超導(dǎo)特性，這一特定磁場(chǎng)強(qiáng)度稱為臨界磁場(chǎng)強(qiáng)度。超導(dǎo)陶瓷的應(yīng)用？答： 利用材料的超導(dǎo)電性可制作磁體，應(yīng)用于電機(jī)、高能粒子加速器、磁懸浮運(yùn)輸、受控?zé)岷朔磻?yīng)、儲(chǔ)能等；可制作電力電纜，用于大容量輸電（功率可達(dá)10000MVA）；可制作通信電纜和天線，其性能優(yōu)于常規(guī)材料。利用材料的完全抗磁性可制作無(wú)摩擦陀螺儀和軸承。利用約瑟夫森效應(yīng)可制作一系列精密測(cè)量?jī)x表以及輻

18、射探測(cè)器、微波發(fā)生器、邏輯元件等。利用約瑟夫森結(jié)作計(jì)算機(jī)的邏輯和存儲(chǔ)元件，其運(yùn)算速度比高性能集成電路的快1020倍，功耗只有四分之一。 什么是第一類超導(dǎo)體？什么是第二類超導(dǎo)體？第一類超導(dǎo)體只存在一個(gè)臨界磁場(chǎng)Hc，當(dāng)外磁場(chǎng)HHc時(shí)，呈現(xiàn)完全抗磁性，體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。它對(duì)磁場(chǎng)有著屏蔽作用，如果外部磁場(chǎng)過(guò)強(qiáng)，就會(huì)破壞超導(dǎo)體的超導(dǎo)性能，這類超導(dǎo)體只有兩個(gè)態(tài)，即低溫超導(dǎo)態(tài)和正常態(tài)第二類超導(dǎo)體具有兩個(gè)臨界磁場(chǎng)，分別用HC1（下臨界磁場(chǎng)）和HC2（上臨界磁場(chǎng)）表示。當(dāng)外磁場(chǎng)HHC1時(shí)，具有完全抗磁性，體內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度處處為零。外磁場(chǎng)滿足HC1HHC2時(shí)，超導(dǎo)態(tài)和正常態(tài)同時(shí)并存，磁力線通過(guò)體內(nèi)正常態(tài)區(qū)域，稱

19、為混合態(tài)或渦旋態(tài)。外磁場(chǎng)H增加時(shí)，超導(dǎo)態(tài)區(qū)域縮小，正常態(tài)區(qū)域擴(kuò)大，HHC2時(shí)，超導(dǎo)體全部變?yōu)檎B(tài)。 半導(dǎo)體陶瓷半導(dǎo)體化的途徑(tjng)，基本原理是什么？影響半導(dǎo)體化的因素又是什么？半導(dǎo)體化的途徑(tjng)：1.施主摻雜(chn z)半導(dǎo)體化，一般高價(jià)摻雜La3+、Y3+、Sb3+、Nb5+、Ta5+基本原理：2.強(qiáng)制還原半導(dǎo)體化.基本原理：影響半導(dǎo)體化的因素：1. 加入物和雜質(zhì)的影響。濃度的過(guò)大和過(guò)小，都會(huì)使電阻率升高，形成絕緣體。2. 化學(xué)計(jì)量比偏離的影響.3. 燒成條件的影響. 燒成溫度和保溫時(shí)間的影響較大。如何提高超導(dǎo)體的超導(dǎo)性能？1.晶界是影響電流密度。磁通流動(dòng)產(chǎn)生電阻（流阻），釘扎可消除之。2.超導(dǎo)陶瓷體層狀結(jié)構(gòu)的各向異性對(duì)超導(dǎo)性能也有一定的影響，可在材料中加入一些特定的晶向材料，來(lái)增加材料的同向異性，提高超導(dǎo)性能。3.在超導(dǎo)材料中加入