陳輝材料合成與制備-第五章

功能陶瓷的合成與制備聊城大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第五章功能陶瓷的合成與制備5.1

功能陶瓷概論功能陶瓷結(jié)構(gòu)陶瓷新型陶瓷（先進(jìn)陶瓷/高技術(shù)陶瓷）

電、磁、光、聲、熱力、化學(xué)和生物學(xué)信息的檢測、轉(zhuǎn)換、耦合、傳輸及存儲功能

第五章功能陶瓷的合成與制備5.1

功能陶瓷概論機(jī)械材料熱學(xué)材料功能陶瓷

化學(xué)材料光學(xué)材料電氣材料生物醫(yī)學(xué)材料磁學(xué)材料第五章功能陶瓷的合成與制備要以性能的改進(jìn)來改善陶瓷材料的功能性，可以從以下兩方面進(jìn)行：1.改變材料的組成2.改變工藝條件微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化第五章功能陶瓷的合成與制備性能變化功能陶瓷的制備工藝

第五章功能陶瓷的合成與制備超微細(xì)粉料的制備方法（固、液、氣）1.固相法（粉體是由固相原料制得的）

機(jī)械粉碎法

固相反應(yīng)法燃燒法熱分解法第五章功能陶瓷的合成與制備2.

液相法選擇合適的可溶性金屬鹽類按要求計量配制成溶液，再選擇一種合適的沉淀劑或用蒸發(fā)、升華、水解等操作，使金屬離子均勻沉淀或結(jié)晶出來，最后將沉淀或結(jié)晶脫水或加熱分解而得到陶瓷粉體。原理：第五章功能陶瓷的合成與制備

沉淀法（TiCl4,H2C2O4和BaCl2共沉淀制BaTiO3納米晶）

水解法Zr(OR)4+4H2O

Zr(OH)4↓+4HOR↑

溶劑蒸發(fā)法Ｎｉ(ＮＯ3)2·6Ｈ2Ｏ的水溶液蒸發(fā)

第五章功能陶瓷的合成與制備

溶膠－凝膠法用金屬醇鹽的水解和聚合反應(yīng)制備金屬氧化物或金屬氫氧化物的均勻溶膠，然后將溶膠濃縮成透明凝膠，凝膠經(jīng)干燥，熱處理可得到所需微粉。

第五章功能陶瓷的合成與制備3.氣相法直接利用氣體，或者通過各種手段將物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w，使之在氣體狀態(tài)下發(fā)生物理變化或者化學(xué)反應(yīng)，最后在冷卻過程中凝聚長大形成微細(xì)粉體的方法。原理：

蒸發(fā)凝聚法

(升華法）

氣相反應(yīng)法第五章功能陶瓷的合成與制備成型方法

模壓成型擠壓成型注漿成型等靜壓成型熱壓鑄成型第五章功能陶瓷的合成與制備陶瓷燒結(jié)方法

常壓燒結(jié)熱等靜壓燒結(jié)反應(yīng)燒結(jié)熱壓燒結(jié)二次反應(yīng)燒結(jié)第五章功能陶瓷的合成與制備5.2

高溫超導(dǎo)陶瓷超導(dǎo)體：1.超導(dǎo)體的性質(zhì)是指當(dāng)某種物質(zhì)冷卻到低溫時電阻突然變?yōu)榱?，同時物質(zhì)內(nèi)部失去磁通成為完全抗磁性的物質(zhì)。

Tc、Hc、Ic實(shí)驗(yàn)表明：超導(dǎo)狀態(tài)中零電阻現(xiàn)象不僅與超導(dǎo)體溫度有關(guān)（Tc）,還與外磁場強(qiáng)度（Hc）和通過超導(dǎo)體的電流（Ic）有關(guān)。第五章功能陶瓷的合成與制備邁斯納效應(yīng)（完全抗磁性）第五章功能陶瓷的合成與制備

懸浮的磁鐵元素超導(dǎo)體2.超導(dǎo)體的分類合金或化合物超導(dǎo)體氧化物超導(dǎo)體（超導(dǎo)陶瓷）第五章功能陶瓷的合成與制備

Ba-La-Cu-O系超導(dǎo)陶瓷（1986年，Tc=35K）

高溫超導(dǎo)陶瓷Y-Ba-Cu-O系超導(dǎo)陶瓷（1987年，Tc=98K）可被新元素（如稀土元素）取代第五章功能陶瓷的合成與制備3.超導(dǎo)理論超導(dǎo)熱力學(xué)理論：超導(dǎo)體由常導(dǎo)態(tài)到超導(dǎo)態(tài)其熵是不連續(xù)的，而且熵值減小。第五章功能陶瓷的合成與制備C/γTc32101T/Tc導(dǎo)體正常和超導(dǎo)態(tài)的比熱零電阻效應(yīng)導(dǎo)體金屬電阻與溫度的關(guān)系曲線第五章功能陶瓷的合成與制備Bardeen,Cooper,SchriefferTheory(1957)二、BCS

超導(dǎo)微觀理論第五章功能陶瓷的合成與制備BCS理論的兩大基石：電子配對電聲作用費(fèi)米面能隙第五章功能陶瓷的合成與制備

絕對零度下的電子能譜超導(dǎo)能隙第五章功能陶瓷的合成與制備第五章功能陶瓷的合成與制備第五章功能陶瓷的合成與制備約瑟夫遜效應(yīng)(超導(dǎo)隧道效應(yīng)）：約瑟夫遜效應(yīng)是超導(dǎo)體的最重要現(xiàn)象。第五章功能陶瓷的合成與制備

約瑟夫遜結(jié)(SIS)Al超導(dǎo)體Al超導(dǎo)體經(jīng)典力學(xué)量子力學(xué)隧道效應(yīng)E＜UE＜U超導(dǎo)隧道效應(yīng)第五章功能陶瓷的合成與制備4.超導(dǎo)體主要性能測試Tc的測量方法：電阻測量法：要求樣品內(nèi)超導(dǎo)相是均質(zhì)的磁測量法：伴隨著常導(dǎo)態(tài)－超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變，樣品從順磁性轉(zhuǎn)變?yōu)榭勾判?，樣品的磁化率發(fā)生很大的變化。超導(dǎo)體的性能很多，但表征超導(dǎo)材料的基本參量有：臨界溫度Tc、臨界磁場Hc、臨界電流Ic和磁化強(qiáng)度M。第五章功能陶瓷的合成與制備5.超導(dǎo)陶瓷的制備1.高溫熔燒法2.熔融生長法3.化學(xué)共沉淀法4.低溫化學(xué)技術(shù)5.部分熔化法6.激光加熱基座晶體生長技術(shù)第五章功能陶瓷的合成與制備

超導(dǎo)陶瓷的制備高溫熔燒法影響超導(dǎo)電性的主要因素是元素的組成和燒結(jié)條件。Y-Ba-Cu-O系超導(dǎo)陶瓷的燒制第五章功能陶瓷的合成與制備高溫熔燒法又分為二次燒結(jié)法和三次燒結(jié)法，是制造高溫陶瓷的主要方法。工藝關(guān)鍵是應(yīng)使其缺氧。第五章功能陶瓷的合成與制備5.2.6超導(dǎo)陶瓷的應(yīng)用

高溫超導(dǎo)陶瓷的應(yīng)用有以下幾個方面:1.在電力系統(tǒng)方面(1)輸配電室溫絕緣電纜結(jié)構(gòu)示意圖

第五章功能陶瓷的合成與制備2.在交通運(yùn)輸方面制造超導(dǎo)磁懸浮列車第五章功能陶瓷的合成與制備5.3

敏感陶瓷外界條件變化物理性能變化有用的信號敏感陶瓷：第五章功能陶瓷的合成與制備1、敏感陶瓷分類①物理敏感陶瓷：

光敏陶瓷，如CdS、CdSe等；

熱敏陶瓷，如PTC陶瓷、NTC和CTR熱敏陶瓷等；

磁敏陶瓷，如InSb、InAs、GaAs等；第五章功能陶瓷的合成與制備

聲敏陶瓷，如水晶、BaTiO3、PZT等；

壓敏陶瓷，如ZnO、SiC等；

力敏陶瓷，如PbTiO3、PZT等。第五章功能陶瓷的合成與制備②化學(xué)敏感陶瓷

氣敏陶瓷，如SnO2、ZnO、ZrO2等；

濕敏陶瓷，TiO2—MgCr2O4、ZnO-Li2O-V2O5等。

生物敏感陶瓷也在積極開發(fā)之中。第五章功能陶瓷的合成與制備2.敏感陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能

陶瓷是由晶粒、晶界、氣孔組成的多相系統(tǒng)，通過人為的摻雜，可以造成晶粒表面的組分偏離，在晶粒表層產(chǎn)生固溶、偏析及晶格缺陷等。

第五章功能陶瓷的合成與制備熱敏陶瓷thermistorceramics熱敏陶瓷是指電阻率隨溫度發(fā)生明顯變化的材料。熱敏陶瓷熱敏電容熱敏電阻熱釋電材料正溫度系數(shù)熱敏陶瓷PTC（BaTiO3半導(dǎo)體瓷）負(fù)溫度系數(shù)熱敏陶瓷NTC（MnCoNi半導(dǎo)體瓷）臨界溫度系數(shù)熱敏陶瓷CTR（VO2半導(dǎo)體瓷）第五章功能陶瓷的合成與制備

PTC是一種以鈦酸鋇(BaTiO3)為主要成分的半導(dǎo)體功能陶瓷材料，具有電阻值隨著溫度升高而增大的特性，特別是在居里溫度點(diǎn)附近電阻值躍升有3～7個數(shù)量級。第五章功能陶瓷的合成與制備一、PTC的基本特性（1）電阻—溫度特性

居里溫度Tc可通過摻雜來調(diào)整。加入Pb可提高Tc；摻入Sr或Sn可降低Tc。（2）電阻溫度系數(shù)α

是指零功率電阻值的溫度系數(shù)第五章功能陶瓷的合成與制備二、PTC熱敏陶瓷材料

PTC熱敏電阻器有兩大系列：一類是采用BaTiO3為基材料制作的PTC；另一類是以V2O3為基的材料。1、BaTiO3系PTC熱敏陶瓷

PTC效應(yīng)完全是由其晶粒和晶界的電性能決定，沒有晶界的單晶不具有PTC效應(yīng)。第五章功能陶瓷的合成與制備

純BaTiO3具有較寬的禁帶，常溫下電子激發(fā)很少，其室溫下的電阻率為1012cm，已接近絕緣體，不具有PTC電阻特性。第五章功能陶瓷的合成與制備

BaTiO3的化學(xué)計量比偏離半導(dǎo)化采用在真空、惰性氣體或還原性氣體中加熱BaTiO3。由于失氧，BaTiO3內(nèi)產(chǎn)生氧缺位，為了保持電中性，部分Ti4+將俘獲電子成為Ti3+。在強(qiáng)制還原以后，需要在氧化氣氛下重新熱處理，才能得到較好的PTC特性，電阻率為1--103cm。

第五章功能陶瓷的合成與制備

采用摻雜使BaTiO3半導(dǎo)化的方法之一是施主摻雜法，該法也稱原子價控制法。如果用離子半徑與Ba2+相近的三價離子(如La3+、Ce3+、Nd3+、Ga3+、Sm3+、Dy3+、Y3+、Bi3+、Sb3+等)置換Ba2+，或者用離子半徑與Ti4+相近的五價離子(如Ta5+、Nb5+、Sb5+等)置換Ti4+，采用普通陶瓷工藝，即能獲得電阻率為103--105cm的n型BaTiO3半導(dǎo)體。第五章功能陶瓷的合成與制備

采用摻雜使BaTiO3半導(dǎo)化的方法之二是AST摻雜法，以SiO2或AST(1/3A12O3·3/4SiO2·1/4TiO2)對BaTiO3進(jìn)行摻雜，AST加入量3％(摩爾分?jǐn)?shù))于1260--1380℃燒成后，電阻率為40--100cm。第五章功能陶瓷的合成與制備（1）BaTiO3PTC陶瓷的生產(chǎn)工藝

以居里點(diǎn)Tc為100℃的PTCBaTiO3陶瓷為例。A、原料：應(yīng)采用高純度的原料，把Fe、Mg等雜質(zhì)含量控制在最低限度。一般控制在0.01mol%以下。B、摻雜：施主摻雜物L(fēng)a2O3、Nb2O5、Y2O3等宜在合成時引入，含量在0.2-0.3mol%這樣一個狹窄的范圍內(nèi)。C、瓷料制備及成型：傳統(tǒng)的工藝難以解決純度和均勻性的問題，現(xiàn)已經(jīng)開始采用液相法（高純BaCl2和TiCl4混合液與草酸（H2C2O4)反應(yīng)。D、燒成：PTC陶瓷必須在空氣或氧氣氛中燒成。第五章功能陶瓷的合成與制備（2）影響PTC熱敏陶瓷性能的因素A、組成對居里溫度的影響

不同的PTC熱敏陶瓷對Tc有不同的要求。通過控制BaTiO3的居里點(diǎn)可以解決。通過改變組成，即加入某些化合物可以達(dá)到改變Tc的目的。具有與Ba2+、Ti4+離子大小、價態(tài)相似的金屬離子，可以取代Ba2+、Ti4+離子，形成連續(xù)固溶體。如PbTiO3

（高于120℃，Tc=490℃）、SrTiO3（低于120℃，Tc=-150℃）。第五章功能陶瓷的合成與制備B、晶粒大小的影響

BaTiO3熱敏陶瓷的PTC特性的高低，與陶瓷的晶粒大小密切相關(guān)。研究表明，晶粒在5um左右的細(xì)晶陶瓷具有極高的正溫度系數(shù)。要獲得細(xì)晶陶瓷，首先要求原料細(xì)、純、勻、來源穩(wěn)定，其次可通過添加一些晶粒生長抑制劑，達(dá)到均勻細(xì)小凈粒結(jié)構(gòu)的目的。此外，加入玻璃形成劑和控制升溫速度也可以抑制晶粒長大。第五章功能陶瓷的合成與制備C、化學(xué)計算比（Ba/Ti）的影響

在TiO2稍微過量時會呈現(xiàn)低電阻率；在Ba過量時電阻率會增高，且使瓷料易于實(shí)現(xiàn)細(xì)晶化。D、Al2O3對PTC陶瓷的影響

Al3+在BaTiO3基陶瓷中有三種存在位置：①Al3+取代BaTiO3晶格的Ba2+位置；②Al3+處于玻璃相中，能夠吸收雜質(zhì)、純化主晶相；③Al3+取代BaTiO3晶格中的Ti4+，起受主作用。第五章功能陶瓷的合成與制備

按照使用溫度可分為低溫（-130～0℃）、中溫（-50～350℃）及高溫（＞300℃）用三種類型，主要應(yīng)用于溫度測量和溫度補(bǔ)償。三、NTC熱敏電阻陶瓷

NTC熱敏電阻陶瓷是指隨溫度升高而其電阻率按指數(shù)關(guān)系減小的一類陶瓷。

NTC熱敏電阻材料絕大多數(shù)是具有尖晶石型結(jié)構(gòu)的過渡金屬氧化物。

其中，二元系主要有：Cu-Mn、Co-Mn、Ni-Mn等系。第五章功能陶瓷的合成與制備

三元系有：Mn-Co-Ni、Mn-Cu-Ni、Mn-Cu-Co等Mn系和Cu-Fe-Ni、Cu-Fe-Co等非Mn系。

在含Mn的三元系中，隨著Mn含量的增大，電阻率增大。此外，還有Cu-Fe-Ni-CO四元系等。第五章功能陶瓷的合成與制備二元系NTC熱敏電阻材料

缺點(diǎn)：對組分敏感，組分稍有變化，電導(dǎo)率就可能變化幾個數(shù)量級，使產(chǎn)品一致性和重復(fù)性差。第五章功能陶瓷的合成與制備常用的三元系材料：MnO-CoO-NiO-O２MnO-CuO-NiO-O２MnO-CuO-CoO-O２三元系NTC熱敏電阻材料材料的電導(dǎo)率對陽離子成分不敏感，組分稍有變化，電導(dǎo)率變化很小，可以生產(chǎn)出一致性、重復(fù)性、穩(wěn)定性優(yōu)良的NTC熱敏電阻。第五章功能陶瓷的合成與制備NTC熱敏電阻陶瓷的應(yīng)用1）溫度補(bǔ)償：用于石英振蕩器2）抑制浪涌電流：用于控制開關(guān)電源、電機(jī)、變壓器等在接通瞬時產(chǎn)生的大電流。3）溫度檢測用于熱水器、空調(diào)、廚房設(shè)備、辦公用品、汽車電控等。第五章功能陶瓷的合成與制備③CTR材料

CTR熱敏電阻主要是指以VO2為基本成分的半導(dǎo)體陶瓷，在68℃附近電阻值突變達(dá)到3--4個數(shù)量級，具有很大的負(fù)溫度系數(shù),因此稱為劇變溫度熱敏電阻或臨界(溫度)熱敏電阻材料。第五章功能陶瓷的合成與制備

V是易變價元素，它有5價、4價等多種價態(tài)，因此，V系有多種氧化物，如V2O5、VO2、V2O3、VO等。這些氧化物各有不同的臨界溫度。每種V系氧化物與B、Si、P、Mg、Ca、Sr、Ba、Pb、La、Ag等氧化物形成多元系化合物，可上、下移動其臨界溫度。

第五章功能陶瓷的合成與制備4.氣敏陶瓷

在現(xiàn)代社會，人們在生活和工作中使用和接觸的氣體越來越多，其中某些易燃、易爆、有毒氣體及其混合物一旦泄露到大氣中，會造成大氣污染，甚至引起爆炸和火災(zāi)。第五章功能陶瓷的合成與制備⑴氣敏陶瓷的分類及結(jié)構(gòu)

氣敏陶瓷大致可分為半導(dǎo)體式、固體電解質(zhì)式及接觸燃燒式三種；按制造方法和結(jié)構(gòu)形式可分為燒結(jié)型、厚膜型及薄膜型。第五章功能陶瓷的合成與制備

⑵氣敏陶瓷的性能

半導(dǎo)體表面吸附氣體分子時，半導(dǎo)體的電導(dǎo)率將隨半導(dǎo)體類型和氣體分子種類的不同而變化。第五章功能陶瓷的合成與制備⑶典型的氣敏半導(dǎo)體陶瓷

①SnO2系氣敏陶瓷

②ZnO系氣敏陶瓷

③Fe2O3系氣敏陶瓷第五章功能陶瓷的合成與制備①SnO2系氣敏陶瓷第五章功能陶瓷的合成與制備

SnO2氣敏陶瓷以超細(xì)SnO2粉料為基本原料，粉料越細(xì)，比表面積越大，對被測氣體越敏感。

二氧化錫氣敏陶瓷所用添加劑多為半導(dǎo)體添加劑，它們有不同的作用，主要是Sb2O3、V2O5、MgO、PbO、CaO等。第五章功能陶瓷的合成與制備SnO2系氣敏陶瓷制造的氣敏元件有如下特點(diǎn)：①靈敏度高，出現(xiàn)最高靈敏度的溫度較低，約在300℃；②元件阻值變化與氣體濃度成指數(shù)關(guān)系，在低濃度范圍，這種變化十分明顯，非常適用于對低濃度氣體的檢測；第五章功能陶瓷的合成與制備

③對氣體的檢測是可逆的，而且吸附、解吸時間短；④氣體檢測不需復(fù)雜設(shè)備，待測氣體可通過氣敏元件電阻值的變化直接轉(zhuǎn)化為信號，且阻值變化大，可用簡單電路實(shí)現(xiàn)自動測量；第五章功能陶瓷的合成與制備⑤物理化學(xué)穩(wěn)定性好，耐腐蝕，壽命長；⑥結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可靠性高，耐振動和抗沖擊性能好。

第五章功能陶瓷的合成與制備SnO2系氣敏陶瓷的應(yīng)用：

利用SnO2燒結(jié)體吸附還原氣體時電阻減少的特性來檢測還原氣體，已廣泛應(yīng)用于家用石油液化氣的漏氣報警、生產(chǎn)用探測報警器和自動排風(fēng)扇等。第五章功能陶瓷的合成與制備

已進(jìn)入實(shí)用的SnO2系氣敏元件對于可燃性氣體，例如H2、CO、甲烷、丙烷、乙醇、酮或芳香族氣體等，具有同樣程度的靈敏度，因而SnO2氣敏元件對不同氣體的選擇性就較差。第五章功能陶瓷的合成與制備②ZnO系氣敏陶瓷

氧化鋅系氣敏陶瓷元件最突出的優(yōu)點(diǎn)是氣體選擇性強(qiáng)，一般加入適量的貴金屬催化劑來提高陶瓷元件的靈敏度。第五章功能陶瓷的合成與制備

氧化鋅氣敏元件對異丁烷、丙烷、乙烷等碳?xì)浠衔镉休^高靈敏度，碳?xì)浠衔镏刑荚財?shù)目越大靈敏度越高。第五章功能陶瓷的合成與制備

摻Pd的氧化鋅氣敏陶瓷元件對H2、CO靈敏度較高，對碳?xì)浠衔镬`敏度較差。

摻Ag的氧化鋅氣敏陶瓷元件對乙醇、苯和煤氣較靈敏，且成本也較低。第五章功能陶瓷的合成與制備③Fe2O3系氣敏陶瓷

常見的鐵的氧化物有三種基本形式：

FeO、Fe2O3和Fe3O4；第五章功能陶瓷的合成與制備

其中，F(xiàn)e2O3有兩種陶瓷制品：－Fe2O3和－Fe2O3均被發(fā)現(xiàn)具有氣敏特性。－Fe2O3具有剛玉型晶體結(jié)構(gòu)。從熱穩(wěn)定性來看－Fe2O3較優(yōu)，但從靈敏度而言則比－Fe2O3差。第五章功能陶瓷的合成與制備

Fe2O3系氣敏陶瓷最大的特點(diǎn)是不用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。－Fe2O3對丙烷氣體較靈敏，但對甲烷就不靈敏。

第五章功能陶瓷的合成與制備

－Fe2O3的化學(xué)穩(wěn)定性好，對甲烷乃至異丁烷都非常靈敏，對水蒸氣和乙醇等卻不靈敏。

－Fe2O3作家庭用可燃?xì)怏w報警器非常合適。因它對水蒸氣和乙醇等不靈敏，故不會因水蒸氣及酒精的存在而誤報。第五章功能陶瓷的合成與制備濕敏半導(dǎo)體陶瓷

濕度，通常是指空氣中水蒸氣的含量。濕度與人類的日常生活和生產(chǎn)活動有著十分密切的關(guān)系，因此需要隨時監(jiān)測空氣濕度。

第五章功能陶瓷的合成與制備（1）

濕敏陶瓷制造工藝及其特性

濕敏陶瓷材料種類繁多，化學(xué)組成復(fù)雜。

按工藝過程可將濕敏半導(dǎo)體陶瓷分為瓷粉膜型、燒結(jié)型和厚膜型。

第五章功能陶瓷的合成與制備①M(fèi)gCr2O4-TiO2系濕敏陶瓷

MgCr2O4-TiO2系濕敏陶瓷是典型的高溫?zé)Y(jié)型多孔濕敏陶瓷結(jié)構(gòu)，氣孔率高達(dá)30％--40％，具有良好的透濕性能。第五章功能陶瓷的合成與制備

MgCr2O4-TiO2系濕敏陶瓷的制造工藝流程如下：

MgO、Cr2O3、TiO2→稱量→球磨→干燥→造?！蓧簾Y(jié)→切片→電極→引線→裝配→測試

第五章功能陶瓷的合成與制備

MgCr2O4-TiO2系多孔陶瓷具有很高的濕度活性，濕度響應(yīng)快，對溫度、時間、濕度和電負(fù)荷的穩(wěn)定性高，是很有應(yīng)用前途的濕敏傳感器陶瓷材料，已用于微波爐的自動控制。第五章功能陶瓷的合成與制備②Si-Na2O-V2O5系濕敏陶瓷

Si-Na2O-V2O5系濕敏陶瓷是典型的低溫?zé)Y(jié)型濕敏陶瓷，主晶相是具有半導(dǎo)性的硅粉。第五章功能陶瓷的合成與制備

Si-Na-V系濕敏陶瓷的感濕機(jī)理是由于Na2O和V2O5吸附水分，使吸濕后硅粉粒間的電阻值顯著降低。這種元件的優(yōu)點(diǎn)是溫度穩(wěn)定性較好，可在100℃下工作，阻值范圍可調(diào)，工作壽命長。

缺點(diǎn)是響應(yīng)速度慢，有明顯濕滯現(xiàn)象，不能用于濕度變化不劇烈的場合。

6.壓敏半導(dǎo)體陶瓷

壓敏陶瓷是指電阻值隨著外加電壓變化有一顯著的非線性變化的半導(dǎo)體陶瓷，用這種材料制成的電阻稱為壓敏電阻器。

制造壓敏陶瓷的材料有SiC、ZnO、BaTiO3、Fe2O3、SnO2、SrTiO3等。

目前，應(yīng)用最廣、性能最好的是氧化鋅壓敏半導(dǎo)體陶瓷。⑴壓敏陶瓷的基本特性

在某一臨界電壓以下，壓敏電阻陶瓷電阻值非常高，幾乎沒有電流；但當(dāng)超過這一臨界電壓時，電阻將急劇變化，并且有電流通過。隨著電壓的少許增加，電流會很快增大。壓敏電阻陶瓷的這種電流-電壓特性曲線如圖所示。

1.齊鈉二極管；2.SiC壓敏電阻；3.ZnO壓敏電阻；4.線性電阻；5.ZnO壓敏電阻。

壓敏電阻的I-U特性曲線⑵氧化鋅壓敏陶瓷

ZnO系壓敏電阻陶瓷是壓敏電阻陶瓷中性能最優(yōu)的一種材料。成分是ZnO，并添加Bi2O3、CoO、MnO、Cr2O3、Sb2O3、TiO2、SiO2、PbO等氧化物經(jīng)改性燒結(jié)而成。氧化鋅壓敏電阻的應(yīng)用

ZnO壓敏電阻器的應(yīng)用很廣，可歸結(jié)為如下兩方面：

①過壓保護(hù)

②穩(wěn)定電壓光敏半導(dǎo)體陶瓷

由于材料的電特性不同以及光子能量的差異，它在光的照射下吸收光能，產(chǎn)生不同的光電效應(yīng)：光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。⑴光電導(dǎo)效應(yīng)當(dāng)光線照射到半導(dǎo)體時，在光子作用下產(chǎn)生的光生載流子使電導(dǎo)增加的現(xiàn)象，稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。⑵光生伏特效應(yīng)

當(dāng)光線照射到半導(dǎo)體的p-n結(jié)上時，如果光子能量足夠大，h≥Eg，就在p-n結(jié)附近激發(fā)出電子--空穴對。在自建電場的作用下，n區(qū)的光生空穴被拉向p區(qū)，p區(qū)的光生電子被拉向n區(qū)，結(jié)果n區(qū)積累了負(fù)電荷，p區(qū)積累了正電荷，產(chǎn)生光生電動勢。若將外電路接通，就有電流由p區(qū)流經(jīng)外電路至n區(qū)，這種效應(yīng)稱為光生伏特效應(yīng)。光伏效應(yīng)原理壓電陶瓷的制備5.4.1壓電陶瓷概論壓電材料概述正壓電效應(yīng)：在沒有對稱中心的晶體上施加機(jī)械作用時，發(fā)生與機(jī)械應(yīng)力成比例的介質(zhì)極化，同時在晶體的兩端面出現(xiàn)正負(fù)電荷。逆壓電效應(yīng)：當(dāng)在晶體上施加電場時，則產(chǎn)生與電場強(qiáng)度成比例的變形或機(jī)械應(yīng)力。正、逆壓電效應(yīng)統(tǒng)稱為壓電效應(yīng)。5.4.1壓電陶瓷概論

在自然界中大多數(shù)晶體都具有壓電效應(yīng)，但壓電效應(yīng)十分微弱。隨著對材料的深入研究，發(fā)現(xiàn)石英晶體、鈦酸鋇(BaTiO3)、鋯鈦酸鉛(PZT)等材料是性能優(yōu)良的壓電材料。5.4.1壓電陶瓷概論石英晶體壓電模型(a)不受力時；(b)x軸方向受力；(c)y軸方向受力晶體具有壓電性的必要條件是晶體不具有對稱中心。所有鐵電單晶都具有壓電效應(yīng)。對于鐵電陶瓷來說，雖然各晶粒都有較強(qiáng)的壓電效應(yīng)，但由于晶粒和電疇分布無一定規(guī)則，各方向幾率相同，使ΣP=0，因而不顯示壓電效應(yīng)，故必須經(jīng)過人工預(yù)極化處理，使ΣP≠0，才能對外顯示壓電效應(yīng)。

5.4.1壓電陶瓷