《電子材料》期末章節(jié)復(fù)習(xí)試題及答案

第1章電子陶瓷結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)試題及答案

1.依據(jù)結(jié)合力的本質(zhì)不同，晶體中的鍵合作用分為哪幾

類？其特點是什么？

答：依據(jù)結(jié)合力的不同，晶體中的結(jié)合力分為化學(xué)鍵和物

理鍵，化學(xué)鍵包括離子鍵、共價鍵和金屬鍵，物理鍵包括

范德華鍵和氫鍵。各結(jié)合鍵的特點：

離子鍵：異種原子成鍵；存在價電子的轉(zhuǎn)移；沒有方向性

和飽和性；結(jié)合力強(qiáng)。

共價鍵：同種原子也能成鍵；共用電子對；具有方向性和

飽和性。

金屬鍵：所用原子共用電子；沒有方向性和飽和性。

范德華鍵：結(jié)合力弱。

氫鍵：特殊形式的物理鍵，具有飽和性。

2.等徑球最緊密堆積方式有哪兩種？形成的空隙有哪兩種？

一個球的周圍有多少個四面體空隙，多少個八面體空隙？

解：等徑球最緊密堆積方式有面心立方密堆積和六方密堆積

兩種。形成的空隙為四面體空隙和八面體空隙。面心立方密

堆積時，一個球周圍有8個四面體空隙和4個八面體空隙。

六方密堆積時，一個球周圍有8個四面體空隙和6個八面

體空隙。

六方密堆積面心立方密堆積

hDttnaι

Man（f?d

四面體空隙和八面體空隙

1.根據(jù)半徑比關(guān)系，說明下列離子與。2-配位時的配位數(shù)各是多少？

已知ro2-=140Pm,rsi4+=41Pm,ΓA∣3+=50Pm,ΓMg2+=65Pm,rκ+=133

pmo（注：各離子半徑為鮑林半徑）

解：rsi4+∕ΓO2-=41∕140=0.293>0.225,配位數(shù)為4；ΓA∣3+/ΓO2-

=50∕140=0.357>0.225,配位數(shù)為4；（備注：AF的配位數(shù)也可為6）

ΓMg2+∕rθ2-=65∕140=0.464>0.414,配位數(shù)為6；

rκ+∕ro2-=133∕140=0.95≈l,配位數(shù)為12。

2.應(yīng)用鮑林規(guī)則判斷MgO晶體中鎂氧多面體的連接方式，其中

ΓMg2+=65Pm,ro2-=140pmo

解"Mg2+∕ro2一=65pm∕140Pm=O.46,Mg2+的配位氧離子數(shù)為6,故每個

氧分配給它周圍每個Mg2+的電價為:S=2∕6o假設(shè)每個氧離子周圍

有k個Mg2+：

k

Z=Zz+∕N=k^2∕6=?-2?

i

故k=6,即每個CP與6個Mg?+組成靜電鍵，所以一個氧與六個鎂

連結(jié)成六個［MgCM八面體，共用一個氧頂點。（NaCl結(jié)構(gòu)：O面心

立方密堆，Mg填充八面體空隙）

3.計算TiO2晶格中O?周圍Ti'+的個數(shù)。

其中：rτ∣4+=68Pm,ro2=140pmo

解1τi4+∕ro2一=68pm∕140Pm=O.49,IT+的配位氧離子數(shù)為6,故每個氧

分配給它周圍每個Ti，+的電價為：S=2/6O假設(shè)每個氧離子周圍有

k個Ti4+：

k

z=χz+∕N=k^2∕6=?-2?

4+

故k=6,即每個O〉周圍有6個Tio

2+4

4.CaTiO3結(jié)構(gòu)中,CaxTi?O方離子的配位數(shù)分別為12%6、6o

O?一的配位多面體是[OCa4Ti2],判斷晶體結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定。

解：由鮑林第二規(guī)則，負(fù)離子的電荷數(shù)等于臨近正離子分配給它的電

價總和，則晶體結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的。

4+

CaTiO3中，CP-的電荷數(shù)z=2∕12x4（Ca?+分配的電價）+4/6x2（Ti

分配的電價）=2,與氧離子的電價相等，故晶體結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的。

5.BaTiO3是一種重要的鐵電陶瓷,其晶型是鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。請問（1）

這個結(jié)構(gòu)中各離子的配位數(shù)是多少？（2）這個結(jié)構(gòu)遵循鮑林規(guī)則

嗎？請給出理由。

2+

解：BaTiO3中Ba,卅和的配位數(shù)分別為12,6,6。

O的配位多面體為[OBa4Ti2]°Ti，+分配給氧離子的靜電鍵強(qiáng)度Z1-

=2×（4∕6）=4∕3

Ba?+分配給氧離子的靜電鍵強(qiáng)度ZL4X（2∕12）=2∕3

故方+和Ba?+分配給氧離子的電價總和為Zr+Z2-=4/3+2/3=2,與氧

離子的電荷數(shù)相等，故BaTiO3結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的，遵循鮑林規(guī)則。

1.簡述鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的形成條件及其特點。

解：形成條件：

1)離子半徑匹配：

a十尺。=71(凡+尺。)?，，t=。71?1.1；

2)電價加和滿足電中性原則。

特點：

1)氧八面體共頂點連接，組成三維網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)Pauling的

配位多面體連接規(guī)則，此種結(jié)構(gòu)比共棱、共面連接穩(wěn)定；

2)共頂連接使氧八面體網(wǎng)絡(luò)之間的空隙比共棱、共面連接時

要大，允許較大尺寸離子填入，即使產(chǎn)生大量晶體缺陷，或者各組

成離子的尺寸與幾何學(xué)要求有較大出入時，仍然能夠保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)

定，并有利于氧及缺陷的擴(kuò)散遷移；

3)由于容差因子t范圍很寬及A、B離子電價加和為(+6)

便可，

使結(jié)構(gòu)有很強(qiáng)的適應(yīng)性，可用多種不同半徑及化合價的正離子取代

A

位或B位離子，可開發(fā)出許多自然界沒有的鐵電或壓電材料。

1.陶瓷中晶界的特點，與相界的區(qū)別？

解：晶界的特點：

1）晶界處存在大量缺陷;

2）晶界處有空間電荷區(qū)；

3）晶界上易出現(xiàn)雜質(zhì)偏析；

晶界是指同類物質(zhì)的晶粒間界（GrainBoundary）,相界是指不同

類（異相）物質(zhì)的晶粒間界（PhaseBoundary\相界結(jié)構(gòu)一般都

較同類晶界復(fù)雜，且厚些。

2.什么叫陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)？陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)包括哪些組成？

解：陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)是指用各類顯微鏡所能觀察到的陶瓷內(nèi)部的組

織結(jié)構(gòu)。

主要包括晶相（主晶相和次晶相），玻璃相，氣相和晶粒間界（晶界

和相界1

1.名詞解釋：結(jié)構(gòu)缺陷點缺陷弗倫克爾缺陷肖特基缺陷

解：

結(jié)構(gòu)缺陷：晶體點陣結(jié)構(gòu)中周期性勢場的畸變或?qū)嶋H晶體中存在的結(jié)構(gòu)不完整性。

點缺陷：又稱零維缺陷，即三維方向上缺陷尺寸都處于原子大小的數(shù)量級，包括空位、

間隙原子、雜質(zhì)原子、締合原子。

弗倫克爾缺陷：晶體內(nèi)部平衡位置原子擠入點陣的間隙位置，而在晶體中同時形成數(shù)目

相等的空位和間隙原子。

肖特基缺陷：晶體內(nèi)部平衡位置原子遷移到晶體表面或內(nèi)表面的正常結(jié)點位置上，而使

晶體內(nèi)部留下空位，形成的缺陷。

2.MgO加入到ALO3中、ALO3加入到MgO中，試寫出缺陷化學(xué)反應(yīng)方程式？

Λ123+吟+

IMgO°>2MSΛ'120。

/24%+%+30。

3.寫出下列缺陷反應(yīng)方程式（1）NaCl溶入CaCL形成空位型固溶體；（2）CaCL溶入

NaCl形成空位型固溶體；（3）NaCI形成肖

特基缺陷：（4）AgI形成弗倫克爾缺陷（Ag+進(jìn)入間隙）。

解：（1）N（ICl沁）Ncica+匕+CCl

（2）CaCl2-^→Ca^a+VNa+2Clcι

（3）。。匕+%

（4）Λg4g<≈>Ag；+VAg

4.說明下述符號的含義：VNa，"a，Ca「

解：VNa：Na原子空位；

VNa：Na離子空位;

vɑ:Cl離子空位；

Ca^:Ca取代K,帶一個單位正電荷；

Ca**:Ca進(jìn)入填隙位置，帶2個單位正電荷。

1.簡述固溶體的分類及影響固溶度的因素。

解：按溶質(zhì)原子在溶劑晶體中的位置來分類：

i.置換型固溶體：溶質(zhì)的質(zhì)點取代部分溶劑晶格上的質(zhì)點

而占據(jù)其格點位置所形成的固溶體。

ii.填隙型固溶體：溶質(zhì)質(zhì)點填充于溶劑晶格質(zhì)點的間隙位

置而形成固溶體。

按照溶解度來分類：

i.無限固溶體：兩種或多種以上組分可按任意比例互溶

ii.有限固溶體：只能在一定比例范圍內(nèi)互溶

影響溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的溶解度的因素：

a）晶體結(jié)構(gòu)類型：晶格類型相同（指相同晶型或同'一■晶系）

是形成無限固溶體的必要條件。晶格類型差別愈大，固溶

度愈低。

b）離子大?。簩饘傺趸飦碚f，雜質(zhì)正離子與相互溶的

基質(zhì)正離子半徑相差愈大，溶解度愈低。

c）電負(fù)性：電負(fù)性相近，有利于固溶體的生成，電負(fù)性差

別大，趨向于生成化合物。

d）溫度：溫度升高有利于固溶限增加，或使一些難于固溶

的物質(zhì)有所固溶。

e）離子電價：取代離子的電價影響固溶體類型。

第2章低介裝置陶瓷試題及答案

1.簡述電介質(zhì)材料與金屬材料導(dǎo)熱機(jī)制的區(qū)別。

解：金屬導(dǎo)熱的主要機(jī)制是通過大量質(zhì)量很輕的自由電子的運動來

迅速實現(xiàn)熱量的交換。電介質(zhì)材料是絕緣體，沒有自由電子，其熱

傳導(dǎo)機(jī)理是由晶格振動的格波來實現(xiàn)的，根據(jù)量子理論，晶格波或

熱波可以作為聲子的運動來描述，即熱波既具有波動性，又具有粒

子性。載熱聲子可以通過晶體中結(jié)構(gòu)單元（原子、離子、分子）間

進(jìn)行的相互制約、相互協(xié)調(diào)的振動來實現(xiàn)熱的傳遞。

2.簡述高導(dǎo)熱陶瓷材料的結(jié)構(gòu)特點。為什么陶瓷材料的熱導(dǎo)率都比

對應(yīng)單晶的熱導(dǎo)率低？如何使陶瓷,具有高熱導(dǎo)率？

解：高導(dǎo)熱陶瓷材料中的晶相應(yīng)該是具有高熱導(dǎo)率的晶相。

高熱導(dǎo)率晶體的結(jié)構(gòu)特點包括：

?共價鍵很強(qiáng)的晶體；

?結(jié)構(gòu)單元種類較少，原子量或平均原子量均較低;

?不是層狀結(jié)構(gòu)；

由于在陶瓷材料中，雜質(zhì)、晶界、氣孔以及其他結(jié)構(gòu)缺陷都會對晶

格波進(jìn)行干擾和散射，因此熱導(dǎo)率會降低。

為使陶瓷材料具有盡可能高的熱導(dǎo)率，可采取的措施：

?使用高純原材料，減少雜質(zhì)；

?避免引入熱導(dǎo)率低的無定形玻璃相；

?燒結(jié)致密，晶粒發(fā)育良好，減少氣孔；

?減少各種結(jié)構(gòu)缺陷。

3.光散射因子有哪些？

解：（1）雜質(zhì)和添加物析出相；（2）燒結(jié)過程中的剩余氣孔；（3）陶

瓷的晶界。

1.什么是LTCC?LTCC的優(yōu)點是什么？LTCC主要體系包括哪些？

解：LTCC全稱為LowtemperatureCo-firedCeramic,中文為低溫共

燒陶瓷。

LTCC技術(shù)是一種多層陶瓷制造技術(shù)，它是將低溫?zé)Y(jié)的陶瓷材料與

電阻率低的Au、Ag、CU等金屬導(dǎo)體在900°C以下共燒，在多層陶瓷

內(nèi)部形成無源元件和互聯(lián)，制成模塊化集成器件或三維陶瓷基多層

電路，實現(xiàn)無源元件的高度集成和高密度封裝。

LTCC主要體系有：微晶玻璃系，玻璃陶瓷復(fù)合系和液相燒結(jié)單相陶

瓷系。

2.如何降低陶瓷材料的燒結(jié)溫度？

解：(1)摻雜適量的燒結(jié)助劑，進(jìn)行液相活性燒結(jié)；

(2)采用化學(xué)法制取顆粒粒度細(xì)、表面活性高的粉體；

(3)采用主晶相合成溫度低的材料；

(4)采用微晶玻璃或非晶玻璃。

第3章高介電容器瓷試題及答案

1.簡述電容器瓷的分類及其各自的特點。電容器瓷的主要瓷料類別

有哪些？

答：根據(jù)介電特性，電容器瓷分為I類高頻瓷，π類低頻瓷，m類

半導(dǎo)體陶瓷。

電容器瓷的各自特點：

I類瓷（高頻瓷）：介電常數(shù)小，損耗低，介電常數(shù)溫度系數(shù)小，

絕

緣電阻高

∏類瓷（低頻瓷）：介電常數(shù)高，損耗和絕緣電阻性能較高頻瓷

差，

介電常數(shù)變化率較大

In類瓷（半導(dǎo)體陶瓷）：介電常數(shù)超高

電容器瓷的主要瓷料類別：

I類高頻瓷：主要以鈦、錯、錫的化合物及固溶體為主晶相，具有

溫

度補(bǔ)償特性的復(fù)合型陶瓷材料制成。

∏類低頻瓷：主要為具有鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的鐵電強(qiáng)介瓷料，具有鈣鈦

礦

型結(jié)構(gòu)的鐵電強(qiáng)介瓷料，如BaTio3、Pb（Mgι∕3Nb2∕3）θ3o

In類半導(dǎo)體陶瓷：如晶界層半導(dǎo)體陶瓷電容器，以BaTiO3、SrTiO3

為主，晶粒半導(dǎo)化，晶界絕緣化。

2.對電容器瓷的一般要求有哪些？

答：a?介電常數(shù)大，以制造小體積、重量輕的陶瓷電容器；

b?介質(zhì)損耗小，保證回路的高Q（l∕tgδ）值；

c?對于I類瓷，介電常數(shù)的溫度系數(shù)要系列化，對H類瓷，則用介

電

常數(shù)隨溫度的變化率表示（非線性），介電常數(shù)的溫度變化率要

d.體積電阻率高

e.抗電強(qiáng)度高

1.請問，CaTiO3陶瓷的介電常數(shù)溫度系數(shù)為正還是為負(fù)？

CaTiO3陶瓷的介電常數(shù)溫度系數(shù)調(diào)整為零附近，可采取何種措施？

為什么？

答：CaTi03陶瓷中Ti4+電價高，半徑小，會產(chǎn)生局部內(nèi)電場，而其

他

陽離子的電子位移極化大，因此介電常數(shù)溫度系數(shù)為負(fù)。

可用具有不同口（介電常數(shù)）、ɑ?（介電常數(shù)溫度系數(shù)）為正的材

料通

過改變濃度比來獲得滿足溫度系數(shù)為零的CaTiO3陶瓷，如加入不同

濃度比例的CaZrO3、MgTiO3（介電常數(shù)溫度系數(shù)為正）。

因為功能陶瓷為多相系統(tǒng)，其介電常數(shù)取決于各相介電常數(shù)的大

小、

各相體積分?jǐn)?shù)和混合狀態(tài)，要調(diào)節(jié)介電常數(shù)溫度系數(shù)到零，必須根

據(jù)

混合法則來實現(xiàn)。

2.請解釋Ti02陶瓷中鈦離子變價的原因及其對介電性能的影響，

在

配方及工藝控制上采取哪些措施來防止鈦離子被還原？

答：在Tiθ2陶瓷中，Ti4+易被還原為Ti3+,其原因主要有:

1）燒結(jié)氣氛：還原氣氛或氧不足氣氛燒結(jié)；

2）高溫?zé)岱纸猓簾蓽囟冗^高，尤其在超過1400C時;Tiθ2脫氧嚴(yán)

重，生成氧空位；

3）高價雜質(zhì)摻雜：摻入比Ti4+電價高的離子；

4）電化學(xué)老化：銀電極在高溫高濕、強(qiáng)直流電場下被氧化或Ti02

陶瓷在長期在高溫、高濕、強(qiáng)直流電場下工作發(fā)生老化。

鈦離子還原使陶瓷的絕緣電阻下降，介電損耗增大。

防止措施：

采用氧化氣氛燒結(jié)，抑制還原；

降低燒結(jié)溫度降低，抑制高溫失氧；

在低于燒結(jié)溫度20~4（TC,在強(qiáng)氧化氣氛中回爐；

摻入低價雜質(zhì)，抑制高價雜質(zhì)；

加入La2O3等稀土氧化物：改善電化學(xué)老化特性。

加入ZrO2：阻擋電子定向移動，阻礙Ti4+變價。

1.請簡述CaTio3陶瓷的結(jié)構(gòu)和CaTiO3陶瓷中的極化機(jī)制。

答:在CaTiO3陶瓷中，由Ca2+和02-離子共同作立方密堆積，Ti4+離

子處于氧的六配位位置，形成［TiOM八面體，八面體間共頂點連

接，

Ca2+離子處于八個［TiO6］八面體之間。

由于其特殊結(jié)構(gòu)，在外電場作用下，Ti4+發(fā)生離子位移（相對于

。2-離子），使作用于Ti-O線上的02-的電場增強(qiáng)f02-電子云畸變

（電

子位移極化）f作用在Ti4+上有效電場增大一02-有效電場增強(qiáng)一極

化

增大。

2.制備鈦酸鈣瓷應(yīng)該注意哪些工藝要求？

答:a、TiO2與CaeO3應(yīng)充分混合均勻、確保Ca、Ti摩爾比為1：

1,

因此球磨后不能過濾去水。否則易去Ca。（Cao+H2OfCa（HO）2流

失）。

b、嚴(yán)格控制燒結(jié)溫度，既要使CaeO3與TiO2反應(yīng)充分，防止游

離CaO生成（＜1~2%）,又不能使活性太低，給后面工藝造成困難。

c、應(yīng)在強(qiáng)氧化氣氛中快速燒成瓷，以防止Ti4+離子降價和生成

粗大的晶粒。

1.中高壓陶瓷電容器用的介質(zhì)陶瓷有哪幾種，各自的特點有哪些？

答：1）BaTiO3:鐵電體，介電常數(shù)大，但介電損耗較大，介電常數(shù)

隨電壓變化大。

2）SrTie）3：順電體，介電常數(shù)隨電壓變化小，介質(zhì)損耗低，抗電

強(qiáng)度高。但介電常數(shù)僅為250左右。

3）反鐵電體：介電常數(shù)與鐵電陶瓷相近，耐壓較好，適于作中

高壓電容器介質(zhì)材料。

2.請簡單介紹反鐵電陶瓷的結(jié)構(gòu)特點，與鐵電體的主要區(qū)別是什

么？

答：反鐵電陶瓷的結(jié)構(gòu)與鐵電體相近，但這類晶體中相鄰的離子沿

反

平行方向發(fā)生自發(fā)極化，因而電疇中存在兩個相反方向的自發(fā)極化

強(qiáng)

度，故宏觀不表現(xiàn)剩余極化強(qiáng)度，即使用較強(qiáng)的電場作用也觀察不

到

電滯回線。在外加電場足夠強(qiáng)時，反鐵電體對外顯示雙電滯回線。

第4章強(qiáng)介鐵電陶瓷試題及答案

1.何為電疇？電疇是如何形成的，180°疇和90°疇有何異同？

答：在鐵電體中，固有電偶極矩在一定的子區(qū)域內(nèi)取向相同的這

些區(qū)域就稱為電疇或疇。

電疇的形成過程：新疇成核、疇的縱向長大、疇的橫向擴(kuò)張和疇

的合并四個階段。

180°疇自發(fā)極化方向相反，反平行，在晶體中不產(chǎn)生應(yīng)力；180°

疇前移速度比側(cè)向移動速度快幾個數(shù)量級。疇壁薄。

900疇的自發(fā)極化方向相互正交，有應(yīng)力產(chǎn)生。新疇的發(fā)展主要

依靠外電場推動90°疇壁的側(cè)向運動。疇壁較厚。

2.畫圖并描述鐵電體的電滯回線。

答：鐵電體的電滯回線是鐵電疇在外電場作用下運動的宏觀描述。

0A：電場弱，P與E呈線性關(guān)系

AB：P迅速增大，電疇反轉(zhuǎn)

Bpoint：極化飽和，單疇

BC：感應(yīng)極化增加，總極化增大

CBD：電場減小，極化減小

0D：電場為零，剩余極化Pr

0E：自發(fā)極化PS

0F：矯頑場Ec

1.鈦酸領(lǐng)鐵電體的晶體結(jié)構(gòu)及相變過程是什么？

答：BaTio3為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，由Ba"離子與0"離子一起立方堆積，Ti"處于氧八面體體心。

BaTiO3在T>120℃時為立方晶系，在5℃<T<120℃時為正方晶系，在-90"C<T<5C

時為正交晶系，T<-90℃時為三角晶系。

2.自發(fā)極化是怎么產(chǎn)生的？為什么CaTiO3為什么沒有自發(fā)極化，BaTio3有自

發(fā)極化？

答：門"一()2間距大(2.005A),故氧八面體間隙大,Ti"離子能在氧八面體中振動。當(dāng)T>120°C,

Ti4’處在各方幾率相同(穩(wěn)定地偏向某一個氧離子的幾率為零)，對稱性高，順電相。而當(dāng)

TG2(ΓC,Ti”由于熱漲落，偏離一方，形成偶極矩，按氧八面體三維方向相互傳遞，耦合，

形成自發(fā)極化的小區(qū)域，即電疇。

BaTiO3的自發(fā)極化起因在于鈦離子的位移，CaTiO3的晶格常數(shù)為3.8A,r(02)=1.32A,

r(Ti4t)=O.64A,鈦-氧離子間距為1.9A?(Tiv)+r(O2)=I.96A,即晶格中氧八面體空隙

比鈦離子小，鈦離子位移后受到的恢復(fù)力很大。故CaTiO3不會出現(xiàn)自發(fā)極化。

3.電疇翻轉(zhuǎn)的過程分為哪幾個階段？

答：電疇的反轉(zhuǎn)過程分為新疇成核、疇的縱向長大、疇的橫向擴(kuò)張和疇的合并四個階段。

1.怎么利用鐵電陶瓷改性機(jī)理制備高頻鐵電瓷的制備？

答：鐵電瓷由于其損耗大，介溫系數(shù)大，在制備高頻鐵電瓷的時候，可以加入

大

量非鐵電性物質(zhì)，沖淡部分鐵電性。引入移動劑，使居里點進(jìn)入負(fù)溫區(qū)，采用

具

有低居里點的物質(zhì)，如SrTiO3。

2.不同要求鐵電瓷料的配方考慮的原則。

答：先移后展，有所側(cè)重；單獨考慮，綜合調(diào)整。

先單獨考慮移動效應(yīng)，將￡峰值移到工作區(qū)內(nèi)，然后考慮展寬效應(yīng)，使￡隨

溫度的變化率減小，對要求￡高的瓷料，則側(cè)重于移動效應(yīng)，并盡可能的使工

作

溫區(qū)內(nèi)出現(xiàn)重疊效應(yīng)，對于￡值不高的瓷料，則側(cè)重于考慮展寬效應(yīng)。

1.什么是鐵電疲勞與鐵電老化？

答：初生產(chǎn)出來的鐵電陶瓷，其某些介質(zhì)參數(shù)會隨儲存時間逐漸變化，尤其

是鐵電特性變?nèi)酰@種現(xiàn)象就稱為鐵電老化。

初生產(chǎn)出來的鐵電材料，在長時間的交變電場作用下，其鐵電性隨著電場交

變次數(shù)的增加而削弱，并且這種變?nèi)醯蔫F電特性又可為熱處理或強(qiáng)電場的作用

而

部分或全部恢復(fù)，故稱為鐵電疲勞。

2.鐵電陶瓷的去老化是一個什么過程？

答：去老化是指鐵電性能變?nèi)?，即老化后，受外來熱、機(jī)械應(yīng)力或電的激勵

而部分恢復(fù)的過程。

1.什么是鐵電疲勞與鐵電老化？

答：初生產(chǎn)出來的鐵電陶瓷，其某些介質(zhì)參數(shù)會隨儲存時間逐漸變化，尤其

是鐵電特性變?nèi)?，這種現(xiàn)象就稱為鐵電老化。

初生產(chǎn)出來的鐵電材料，在長時間的交變電場作用下，其鐵電性隨著電場交

變次數(shù)的增加而削弱，并且這種變?nèi)醯蔫F電特性又可為熱處理或強(qiáng)電場的作用

而

部分或全部恢復(fù)，故稱為鐵電疲勞。

2.鐵電陶瓷的去老化是一個什么過程？

答：去老化是指鐵電性能變?nèi)?，即老化后，受外來熱、機(jī)械應(yīng)力或電的激勵

而部分恢復(fù)的過程。

第5章獨石電容器瓷試題及答案

1.什么是獨石電容器？MLCC是什么的簡稱？獨石電容器的優(yōu)點

主要有哪些？

解：獨石電容器是印有內(nèi)電極的陶瓷膜以一定方式重疊形成的生胚經(jīng)

共同燒結(jié)后形成一個整體的“獨石結(jié)構(gòu)”，也稱為多層陶瓷電容器。

MLCC是多層陶瓷,電容器的簡稱。

獨石電容器的優(yōu)點有：

a.體積小，比容大

b.等效串聯(lián)電阻（ESR）小

c.無極性

d.固有電感小

e.高頻特性好

f.封裝簡單，密封性好

2.制備銀內(nèi)電極MLCC的優(yōu)點是什么？難點是什么？如何解決？

解：制備鍥內(nèi)電極MLCC的優(yōu)點是降低成本。

難點：鑲在空氣中加熱易氧化，這種鍥內(nèi)電極的MLCC就必須在強(qiáng)

還原氣氛的保護(hù)下燒成。含鈦陶瓷在還原性氣氛中燒結(jié)時，往往會產(chǎn)

生IT+還原成Ti3+,而使其喪失絕緣性能，甚至變成半導(dǎo)體，故我們

需對BaTiO3系瓷料進(jìn)行改性，使之具有一定的抗還原性。

解決方法：保持Ba∕Ti>l;進(jìn)行受主（如Ca2+）摻雜或稀土摻雜。

1.制備操內(nèi)電極MLCC的難點是什么？如何解決？

a.難點：鏢在空氣中加熱易氧化，這種鎮(zhèn)內(nèi)電極的MLCC就必須

在強(qiáng)還原氣氛的保護(hù)下燒成。含鈦陶瓷在還原性氣氛中往往會產(chǎn)

生

Ti4+-Ti3+還原，而使其喪失絕緣性能，甚至變成半導(dǎo)體，故我們

需對BaTio3系瓷料進(jìn)行改性，使之具有一定的抗還原性。

b.解決方法：控制Ba∕Ti>l；受主摻雜；稀土摻雜。

2.簡述Bi化合物的特點。

a.?小，一般為幾百。

b.高品質(zhì)因數(shù)

C.高穩(wěn)定性，高居里溫度,適合作高頻獨石瓷料；

d.對稱性低，可采用適當(dāng)?shù)亩ㄏ蚬に囍苽渑c單晶相仿的各向異性陶

瓷材料，即織構(gòu)陶瓷；由于存在(Bi2Ch)2+的滑移面(OOl),且熔點

低，易于在壓力作用下發(fā)生大的蠕變。

第6章半導(dǎo)體陶瓷試題及答案

1.簡述BaTio3陶瓷半導(dǎo)化的方法及各自的特點。

解：

共2頁，第21頁

(1)原子價控制法(施主摻雜法)：在高純(>99.9%)BaTiO3中摻入

微量(<0.3%mol)的離子半徑與Ba?+相近，電價比Ba?+離子高的離子或離子半

徑與Ti'+相近而電價比！V+高的離子，它們將取代

Ba?+或Ti'+位形成置換固溶體，在室溫下，上述離子電離而成為施主，向BaTiC)3提供導(dǎo)帶

電子(使部分Ti4++e-Ti3+),從而PV下降

(102Ω?cm),成為半導(dǎo)瓷。施主摻雜量需嚴(yán)格控制，過少或過多都不能實現(xiàn)最佳半導(dǎo)化。

(2)強(qiáng)制還原法：在還原氣氛中燒結(jié)或熱處理，將生成氧空位而使部

分Ti4+τTi3+,從而實現(xiàn)半導(dǎo)化。強(qiáng)制還原法所得的半導(dǎo)體BaTiO3的電阻率很低，

但阻溫系數(shù)小，不具有PTC特性，這種方法通常用于制作晶界層半導(dǎo)體陶瓷電

容器。

(3)AST法：加入SiC)2或AST玻璃(Al2O3SO2?TiO2)可以使Fe、

K等受主雜質(zhì)從晶粒進(jìn)入晶界，富集于晶界，從而有利于陶瓷的半導(dǎo)化。

2.試分析在高純BaTio3陶瓷中摻入施主雜質(zhì)對電阻率的影響。畫出電阻率與施主雜質(zhì)含

量的關(guān)系曲線。

解：

少量摻雜，施主雜質(zhì)提供電子，電阻率下降，半導(dǎo)化；摻雜量過多，生成領(lǐng)空位，車貝

空位為二價負(fù)電中心，起受主作用，與施主能級上的電子復(fù)合。并且，出現(xiàn)雙位取代，電

子與空穴復(fù)合，電阻率上升。

施主雜質(zhì)含量與電導(dǎo)率的關(guān)系符合U形曲線。

共2頁，第22頁

1.簡述半導(dǎo)體陶瓷電容器的分類與特點。

解：半導(dǎo)體陶瓷電容器主要分為三類：

?表面阻擋層陶瓷電容器：利用金屬電極與半導(dǎo)體陶瓷之間的勢壘.

?表面型陶瓷電容器：顯微結(jié)構(gòu)為晶粒半導(dǎo)而表面為高阻介質(zhì)層。

?晶界層陶瓷電容器：顯微結(jié)構(gòu)為晶粒半導(dǎo)而晶界為高阻絕緣層。

2.請簡述晶界層陶瓷電容器的結(jié)構(gòu)與原理。

解：晶界層陶瓷電容器的顯微結(jié)構(gòu)為半導(dǎo)化晶粒和高絕緣的晶界層。

在晶界層陶瓷電容器中，半導(dǎo)化的晶?？煽醋麟姌O，絕緣性的晶界層看成是電容器的實際

介質(zhì)。每兩個小晶粒與很薄的晶界層介質(zhì)構(gòu)成一個電容器。整個結(jié)構(gòu)相當(dāng)于許多小電容器

的串聯(lián)和并聯(lián)。

第7章壓電陶瓷試題及答案

1.什么是正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)？晶體具有壓電效應(yīng)的必要條件

是什么？解：正壓電效應(yīng)是指在沒有對稱中心的晶體上施加機(jī)械作用時（在外力作用下

發(fā)生形變），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)是指當(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。

晶體具有壓電效應(yīng)的必要條件是不具有對稱中心。

2.為什么BaTiO3晶體在室溫下具有壓電效應(yīng)？為什么極化前的

BaTio3陶瓷不具壓電效應(yīng)？采取何種途徑使BaTia3陶瓷具有壓電效應(yīng)？

共2頁，第23頁

BaTiO3晶體為鐵電晶體,在室溫下是四方相結(jié)構(gòu),不具有對稱中心，因此具有壓電效應(yīng)。

BaTio3陶瓷是鐵電陶瓷，具有自發(fā)極化，且自發(fā)極化能隨外電場

的轉(zhuǎn)向而變化。對于鐵電陶瓷來說，各個晶粒都有較強(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，使宏觀極化強(qiáng)度∑P=0,因而不顯示壓電效應(yīng)。

要使BaTie）3陶瓷具有壓電效應(yīng)，必須經(jīng)過人工預(yù)極化處理，使

∑P制,才能對外顯示壓電效應(yīng)。壓電陶瓷的預(yù)極化方式:直流電場+升溫（矯頑場Ec減?。?。

但溫度升高，材料的絕緣電阻下降，因此容易擊穿。所以溫度不能過高。

1.請描述壓電陶瓷的基本性能參數(shù)及其物理意義。

解：（I）壓電系數(shù)d：單位機(jī)械應(yīng)力T所產(chǎn)生的極化強(qiáng)度P:dPIT：或單位電場強(qiáng)度V/X

△x/x：√=（Δx∕x）∕（Γ∕x）=Δλ√r

所產(chǎn)生的應(yīng)變

物理意義：反映應(yīng)力（應(yīng)變）和電場（電位移）間的關(guān)系。

（2）壓電系數(shù)g（壓電電壓系數(shù)）：單位應(yīng)力T所產(chǎn)生的電場強(qiáng)度E;或單位電荷所

g=ΔE∕T

產(chǎn)生的形變：物理意義：反應(yīng)應(yīng)力（應(yīng)變）和電場強(qiáng)度（電

荷）之間的關(guān)系。

（3）機(jī)電耦合系數(shù)k：

2=電能轉(zhuǎn)變所得的機(jī)械能

V^輸入的電能

（逆壓電效應(yīng)）或

共2頁，第24頁

2=機(jī)械能轉(zhuǎn)變所得電能

V一輸入的機(jī)械能

(正壓電效應(yīng))。

輸入的機(jī)械能物理意義：機(jī)電耦合系數(shù)反映了壓電材料的機(jī)械能和電能之間的

耦合關(guān)系，即機(jī)械能與電能之間的轉(zhuǎn)換效率。

(4)機(jī)械品質(zhì)因素Q：

C?諧振時振子儲存的機(jī)械能

O=2TT-----------------------------------------------------

-每一諧振周期振子所消耗的機(jī)械能

物理意義：反映壓電體受到電場作用而產(chǎn)生機(jī)械諧振時，由于克服晶格形變產(chǎn)生的內(nèi)摩擦而

造成的機(jī)械損耗。(內(nèi)耗)

(5)頻率系數(shù)N：壓電振子的諧振頻率fo與振動方向上線度的乘積：

N=KL

1.什么是PZT壓電陶瓷的準(zhǔn)同型相界？與三元系壓電陶瓷的準(zhǔn)同型相界有

何區(qū)別？解：在PZT陶瓷成分Zr：Ti=53:47附近有一同質(zhì)異晶相界線，稱為PZT

陶瓷

的準(zhǔn)同型相界。在準(zhǔn)同型相界附近，PZT陶瓷具有很強(qiáng)的壓電效應(yīng)。κp,?

出現(xiàn)極大值，QM出現(xiàn)極小值。與三元系的準(zhǔn)同型相界相比：相同之處：在準(zhǔn)

同型相界附近，Kp,?均出現(xiàn)極大值，QM出現(xiàn)極小值。

不同之處：PZT壓電陶瓷中的準(zhǔn)同型相界位于Zr：Ti=53:47附近，是具

有一

定寬度成分比范圍的相重疊區(qū)。在此成分比的區(qū)段內(nèi)，陶瓷體內(nèi)各晶粒之間或

在

共2頁，第25頁

同一晶粒之內(nèi)，可同時存在四方相及三角相結(jié)構(gòu)。三元系壓電陶瓷中出現(xiàn)兩條

準(zhǔn)

同型相界。三元系中具有更為寬廣的可供選擇的組成范圍。

2.什么叫PZT壓電陶瓷的軟、硬性取代？對PZT陶瓷性能的影響是什么？

PZT壓電陶瓷的軟性取代是在PZT陶瓷中摻入電價比Pb2+高的La3+.Bi3?Sb3+

等離子或電價比Ti"+高的Mb'+、Ta5?Sb5??Z√6+離子。摻雜后PZT陶瓷的矯頑場

強(qiáng)EcI，￡t,Kp↑,tgδt,QmI,抗老化性T,pv↑o

硬性取代是采用K+,Na/取代A位的Pb?*離子，F(xiàn)e2?Co2?Mn2+（^Fe3?Co3?

Mn3+）,Ni2?Mg2?Al3?Ga3?ln3?C產(chǎn)、Sn?*等離子取代B位的Ti",Zr4+離子。

取代后Ect,極化變難，性質(zhì)變"硬"。?HKPI、tg。I、（‰t,抗老化性

I?pVI。

1.什么叫電光透明陶瓷？不透明的陶瓷具有電光特性嗎？

解：透明的鐵電陶瓷通過電場作用可改變其光學(xué)性能，稱為透明電光陶瓷。

不透明的陶瓷由于不透光，因此不具有電光特性。

2.對于電光陶瓷有哪些要求？解：1）具有很高的致密度，體積密度大于99%理論密

度。（氣孔是光散射中心）

2）化學(xué)組成均勻。（否則介電系數(shù)波動過大，導(dǎo)致光波的傳播速度、折射率變化大）

3）表面具有足夠的光潔度（否則表面反射）。

第8章磁性材料概述

1.磁性物理學(xué)與磁性材料之間的關(guān)系是什么？

《磁性物理學(xué)》是研究物質(zhì)磁性及其應(yīng)用的學(xué)科，是固體物理學(xué)的基

共2頁，第26頁

本內(nèi)容之一，更偏重的是磁學(xué)的基礎(chǔ)理論。

《磁性材料》是利用磁學(xué)基礎(chǔ)理論解釋磁性材料的具體特性，更偏重

于實際應(yīng)用的層面。

2.磁性材料的發(fā)展歷史是怎樣的？國內(nèi)發(fā)展：

萌芽階段，1969年~1987年，由于當(dāng)時稀土永磁彩鉆磁體的高成本、

國內(nèi)市場的需求量少，所以到八十年代初都還沒有形成自己的磁體工

業(yè)。

第一階段，1987年?1996年，起點低：投資小，設(shè)備簡陋，生產(chǎn)設(shè)

備基本完全是國產(chǎn)的，經(jīng)營理念落后，仍局限于小生產(chǎn)的模式。

第二階段，1997年?2002年，起點遠(yuǎn)高于前一階段：投資強(qiáng)度大,

引進(jìn)一部分國外的先進(jìn)技術(shù)設(shè)備，能夠按先進(jìn)的工藝路線組織生產(chǎn),

產(chǎn)品質(zhì)量一般屬中低檔。

第三階段，2003年?2005年，企業(yè)規(guī)模逐漸壯大，生產(chǎn)技術(shù)水平有

所提高，產(chǎn)能擴(kuò)大，逐步進(jìn)軍全球市場。

第四階段，2006年?現(xiàn)在，產(chǎn)品具有一定的國際競爭力，生產(chǎn)設(shè)備

已經(jīng)基本國產(chǎn)化，研發(fā)技術(shù)水平逐漸逼近西方發(fā)達(dá)國家。

國際發(fā)展：

第一階段，20世紀(jì)0年代，鋁銀鉆永磁，工作溫度可高達(dá)600度以

上。

第二階段，50年代初期，鐵氧體磁體，磁能積和工作溫度較高。

第三階段，60年代末，彩-鉆磁體，包括第一代和第二代稀土永磁,

共2頁，第27頁

鐵鉆磁鐵(SmCo)防腐防銹耐高溫能力強(qiáng)于鉉鐵硼磁鋼。若彩鉆磁

鐵再通過合金化改性，將會徹底改變世界的軌道交通模式。

第四階段，80年代初期，稀土永磁鉉鐵硼，磁能積高，體積小，重量

輕。

3.磁性材料今后可能往哪些方向發(fā)展？向高頻化、薄膜化、納米化

等方向發(fā)展

共2頁，第28頁

1.磁性材料研究領(lǐng)域的熱點和難點有哪些?

隨著磁電子學(xué)的應(yīng)用，磁性材料研究領(lǐng)域的熱點和難點主要體現(xiàn)

在自旋閥磁頭、開關(guān)器、隨機(jī)存儲器、邏輯器、磁電阻三極管、巨磁

電阻電流放大器及傳感器等方面。

2.磁性材料涉及哪一些應(yīng)用領(lǐng)域？

電子、電力、儀表、家用電器、通信、科研、新材料、航空、航

天、新能源、生物、汽車、國防等多方面

3.國內(nèi)外磁性材料市場劃分如何？重點在什么方面？

市場主要根據(jù)應(yīng)用情況劃分，目前我國磁性材料的研究和發(fā)展主

要集中在以下方面：

(1)加強(qiáng)磁性材料的基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究；

(2)改善現(xiàn)有的磁性材料：優(yōu)化制備工藝、降低生產(chǎn)成本、提高其

磁性能；

(3)發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型磁性材料,特別是納米磁性材

料。納米磁性材料是納米材料中最早進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)的功能材

料，應(yīng)用廣泛，性能優(yōu)異，特別是在信息存儲、處理與傳輸中

占據(jù)重要地位，其基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)正方興未艾；

(4)加強(qiáng)研究、生產(chǎn)、應(yīng)用三方面的結(jié)合，不斷開拓磁性材料新的

應(yīng)用領(lǐng)域并促使其發(fā)展。

共2頁，第29頁

重點開發(fā)高性能、高附加值的磁體，以汽車配套磁瓦、計算

機(jī)硬盤驅(qū)動器、DVD驅(qū)動器、通信用磁體為主體，重點提高技術(shù)水

平和檔次。

4.磁性材料面臨什么樣的機(jī)遇和挑戰(zhàn)？

（一）發(fā)展機(jī)遇和條件

1、中國擁有13億人口，有著巨大應(yīng)用市場支撐，而且已經(jīng)是名副

其實的磁性材料制造中心，要有信心和決心做磁材強(qiáng)國，這是

我們努力的方向。

2、中國磁性材料核心企業(yè)己形成，磁材產(chǎn)量世界第一，企業(yè)實力已

經(jīng)增強(qiáng)。

3、中國具有世界數(shù)量最大的磁學(xué)專業(yè)研究隊伍，除專業(yè)研究院所，

還有20多所大專院校開設(shè)了磁學(xué)或相關(guān)專業(yè)，早期的骨干企業(yè)

也鍛煉了大批生產(chǎn)專業(yè)人才。

4、企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高，應(yīng)用進(jìn)一步擴(kuò)大到高檔領(lǐng)域。高性能產(chǎn)

品比例逐年增加。

5、中國磁性材料制造設(shè)備自動化程度、效率得到改善，國產(chǎn)化程

度越來越高；設(shè)備操作人性化、提高運行可靠性、穩(wěn)定性是發(fā)展

方向。

6、中國原料資源豐富，國外磁性材料及元器件企業(yè)紛紛轉(zhuǎn)移到中國

等發(fā)展中國家，促進(jìn)中國磁性材料整體實力提高。

共2頁，第30頁

7、新興應(yīng)用市場不斷開發(fā)并快速發(fā)展，如汽車電子、LEDNB、

LEDTV、

LED照明、EMC、3C網(wǎng)、智能電網(wǎng)、節(jié)能減排、風(fēng)光發(fā)電、電動車

等發(fā)展中的新興市場為中國磁性材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供更多發(fā)展新機(jī)遇。

（二）風(fēng)險和挑戰(zhàn)

1、生產(chǎn)成本不斷上升2007年以來，原料價格大幅度上漲，勞動力

成本也上漲:加上能源漲價且供應(yīng)緊張，導(dǎo)致總生產(chǎn)成本不斷上

升，給磁性材料生產(chǎn)企業(yè)造成極大困難。

2、當(dāng)前國際金融和經(jīng)濟(jì)危機(jī)導(dǎo)致中國磁性材料產(chǎn)業(yè)短期降溫由于

金融危機(jī)，國際經(jīng)濟(jì)形勢惡化，國內(nèi)樓市暴漲和股市暴跌，經(jīng)濟(jì)

下滑，嚴(yán)峻的國內(nèi)外經(jīng)濟(jì)形勢抑制了中國磁性材料產(chǎn)業(yè)短期的發(fā)

展。

3、全球范圍的市場競爭更加激烈中國磁性材料行業(yè)屬于開放性行

業(yè)，國外企業(yè)的不斷進(jìn)入，以優(yōu)勢的技術(shù)和裝備、較低的成本

生產(chǎn)，加劇了國內(nèi)市場同業(yè)的競爭。

4、勞動力緊張、人員流動性加強(qiáng)影響企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

5、人民幣持續(xù)升值給出口企業(yè)帶來的匯率風(fēng)險。

6、原材料供應(yīng)、上下游產(chǎn)業(yè)波動風(fēng)險。供貨量不足、原材料漲價

或質(zhì)量問題等不可測因素，影響磁性材料產(chǎn)品的產(chǎn)量、生產(chǎn)成

共2頁，第31頁

本。另一方面，磁性材料行業(yè)的發(fā)展受國際、國內(nèi)市場上述下游

產(chǎn)業(yè)波動的影響較大。

7、產(chǎn)品技術(shù)風(fēng)險。企業(yè)面臨產(chǎn)品技術(shù)含量下降、升級換代加快及企

業(yè)核心技術(shù)流失風(fēng)險。

第9章磁學(xué)基礎(chǔ)知識試題及答案

一、填空題：

1.產(chǎn)生磁場的方式有電流法和鐵磁性材料法。

2.SI制中H的單位是安培侏，CGS單位制中是奧斯特O

3.特斯拉是的磁感應(yīng)強(qiáng)度B單位,1特斯拉等于」『高斯。

二、名詞解釋

1.飽和磁化強(qiáng)度

磁性材料在外加磁場中被磁化時所能夠達(dá)到的最大磁化強(qiáng)度叫做飽

和磁化強(qiáng)度，反應(yīng)了物質(zhì)的宏觀磁特性，數(shù)值上等于單位體積磁矩的

矢量和。

2.比飽和磁化強(qiáng)度

物理意義與飽和磁化強(qiáng)度類似，反應(yīng)了物質(zhì)的宏觀磁特性，數(shù)值上等

于單位質(zhì)量材料磁矩的矢量和。

3.磁化率

共2頁，第32頁

M=χH^χ=—

磁化強(qiáng)度M的磁體置于外磁場中將發(fā)生磁化。,

其中

X稱為磁體的磁化率，是單位磁場在磁體內(nèi)感生的磁化強(qiáng)度，表征磁

體磁化難易程度。

4.磁導(dǎo)率

表示在空間或在磁芯空間中的線圈流過電流后、產(chǎn)生磁通的阻力、或

者是其在磁場中導(dǎo)通磁力線的能力、其公式u=B∕H、其中H=磁場

強(qiáng)度、B=磁感應(yīng)強(qiáng)度，常用符號U表示，U為介質(zhì)的磁導(dǎo)率，或稱

絕對磁導(dǎo)率。

5.磁感矯頑力使

B=O的Hco

6.內(nèi)稟矯頑力

使M=O的Hco

三、辨析題

1.矯頑力MHC和BHC從其物理意義上講是完全相同的，請問這種說

法是否正確？請在同一張圖上劃出M-H和B-H的退磁曲線，并標(biāo)

出

共2頁，第33頁

MHC和BHC來O

答：不正確。MHC是表示材料中的磁化強(qiáng)度M退到零的的矯頑力，

這時絕大部分磁矩已完全反轉(zhuǎn)；而BHc是指磁感應(yīng)強(qiáng)度退到零的矯

頑力，這時絕大部分磁矩仍未反轉(zhuǎn)。故/MHc/>/BHc/OM-H和

B-H的退磁曲線如下圖：

四、問答計算題

1.MGOe是什么的單位？H的單位有哪些？其中哪個是SI單位？

答：MGOe是磁能積的單位。H的單位包括有A∕m,Oe等。其中

A/m是SΓ單位

2.螺繞環(huán)平均周長50cm,繞線800匝并通電流LOA,計算下面兩

種情況下螺繞環(huán)中心的磁感強(qiáng)度Bo

①螺繞環(huán)是空心的；

②螺繞環(huán)有一個相對磁導(dǎo)率為10000的軟鐵芯。解：H=nI=1600Am

共2頁，第34頁

73

①在空氣中B=μoH=(4π×10)X1600=2.0×10T

②在相對磁導(dǎo)率為IOOoO的軟鐵芯中B=μoμrH=2OT

共2頁，第35頁

一、名詞解釋

1.磁化曲線

磁化曲線是表示物質(zhì)中的磁場強(qiáng)度H與所感應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B或

磁化強(qiáng)度M之間的關(guān)系。

2.磁滯回線

H從正的最大到負(fù)的最大，再回到正的最大時，B-H或M-H形

成

一封閉的曲線一一磁滯回線，是磁材的重要特性之一。

二、問答計算題

1.請在同一張圖上劃出M-H和B-H的退磁曲線，并標(biāo)出MHC和

BHC來。

2.畫出軟磁材料的磁化曲線和磁滯回線（M-H）,在圖中分別標(biāo)出Ms、

M『,、HC和起始磁導(dǎo)率i,并指出哪些是內(nèi)稟磁參數(shù)？同時說明磁性

材料的磁化機(jī)制。

答：（圖如下所示），磁化機(jī)制包括疇壁位移和磁疇轉(zhuǎn)動。

共2頁，第36頁

國化曲線起始位置的斜

率即為起始磁化系數(shù)Zl

內(nèi)稟磁參數(shù)為

一、填空題：

1.金屬磁性材料按磁性能特點分，主要有軟磁合金、永磁合金、

矩磁合金和壓磁合金。

2.按照磁體磁化時的磁化率的大小和符號，可以將物質(zhì)的磁性分為

五種：抗磁性、順磁性、反鐵磁性，鐵磁性和亞鐵

磁性。

3.從實用的觀點出發(fā)，磁性材料可以分為以下幾類：軟磁材料、

永磁材料、信磁材料和特磁材料。

第10章軟磁材料

一、填空題：

1.設(shè)尖晶石鐵氧體的分子式為AXnABynBCZnC04其中A、B、C、為

金屬元素，x、y、z為相應(yīng)的金屬離子數(shù)，nA、nB>nC為相應(yīng)的金

屬離子化學(xué)價。則該多元鐵氧體的離子數(shù)總合與化學(xué)價總合應(yīng)滿足：

共2頁，第37頁

4.x+y+z=3、_x×nA+y×nB+z×nC=8

2.尖晶石鐵氧體在單位晶胞中，A位置共有64個,B位置共有

32_個，但實際占有金離子的A位置只有8個,B位置只有

16個,其余空著，這些空位對配方不準(zhǔn)造成的成分偏離正分并對

摻雜有利。

3.鐵氧體材料按其晶體結(jié)構(gòu)分為尖晶石鐵氧體、石榴石鐵氧體

和磁鉛石（或六角晶系）鐵氧體。

4.絕大多數(shù)鐵氧體其導(dǎo)電特性屬于半導(dǎo)體類型，其電阻率隨溫

度的升高按指數(shù)規(guī)律下降。

5.一般來講,鐵氧體材料其磁飽和磁化強(qiáng)度遠(yuǎn)于金屬軟磁材料,

其應(yīng)用頻率遠(yuǎn)?于金屬軟磁材料；金屬軟磁材料低電阻率的特性導(dǎo)

致趨膚效應(yīng),渦流損耗限制了其在高頻段的應(yīng)用。

二、名詞解釋

1.單位晶胞

晶胞（UnitCeH）能完整反映晶體內(nèi)部原子或離子在三維空間分布之

化學(xué)-結(jié)構(gòu)特征的平行六面體單元。其中既能夠保持晶體結(jié)構(gòu)的對稱

性

共2頁，第38頁

而體積又最基本特稱“單位晶胞”。

2.鐵磁共振線寬

在μ,--H圖上，當(dāng)μ”下降至最大值的一半時對應(yīng)的磁場強(qiáng)度稱為鐵

磁共振線寬，用AH表示。

三、辨析題

L現(xiàn)有兩種磁性材料：FeNi合金和LiFeCr尖晶石鐵氧體，分別測

得它們的M-T曲線如下圖所示，請問：

(1)圖中的(1)和(2)分別是屬于哪一個材料？

(2)它們有哪些不同之處？

(3)圖中的A、B、C分別是什么溫度？

(4)如在晝夜溫差大的環(huán)境下使用，我們該選擇哪一材料來

開發(fā)磁性器件(假設(shè)不計成本)？若用于開發(fā)高頻器

件，我們應(yīng)該選擇哪種器件？

答：(1)1為FeNi合金；2為LiFeCr尖晶石鐵氧體;

(2)不同之處有：

共2頁，第39頁

?FeNi合金為金屬型的磁性材料，具有較低的電阻率；

?LiFeCr尖晶石鐵氧體為氧化物型磁性材料，具有很高

的電阻率；

?FeNi合金的飽和磁化強(qiáng)度要高于LiFeCr尖晶石鐵氧

體；

?FeNi合金的溫度穩(wěn)定性要好于LiFeCr尖晶石鐵氧

體；

?制備工藝而言，LiFeCr尖晶石鐵氧體要簡單些；

?FeNi合金的居里溫度要高于LiFeCr尖晶石鐵氧體；

?LiFeCr尖晶石鐵氧體存在一個補(bǔ)償溫度；

?LiFeCr尖晶石鐵氧體的制備成本要低些；

（3）B和C為居里溫度，A為補(bǔ)償溫度；（4）晝夜溫差大

的環(huán)境下選用FeNi合金；開發(fā)高頻器件，選用

LiFeCr尖晶石鐵氧體；

四、問答題

1.在研究尖晶石鐵氧體材料時，我們經(jīng)常要提及氧參數(shù)，請問什么是

氧參數(shù)？

答：描述尖晶石鐵氧體單位晶胞中氧離子真實位置的一個參數(shù)，是指

氧離子與小立方（又名子晶格）中最遠(yuǎn)一個面的距離。

共2頁，第40頁

2.如何降低軟磁鐵氧體在高、低場應(yīng)用條件下的磁滯損耗？

答：磁滯損耗是指軟磁材料在交變場中存在不可逆磁化而形成磁滯

回線所引起的被材料吸收掉的功率。在低場下主要是防止不可逆磁化

過程的產(chǎn)生。主要從以下兩方面考慮：①與提高磁導(dǎo)率的方法一致,

但要注意不可逆磁化的出現(xiàn)；②但主要采用不提高磁導(dǎo)率不一樣的方

法，如：晶粒細(xì)小、完整、均勻；晶界相對較厚，氣孔少。在高場下

加速不可逆磁化的發(fā)生，使磁滯回線面積①配方原則：kl-÷O,ls->O

原料要求純,活性好，與提高磁導(dǎo)率的方法一致（高μ材料）；②工藝原

則：高密度,較大晶粒，均勻，完整，無異相摻雜，內(nèi)應(yīng)力??；晶界薄

而整

齊,氣孔少;與高Bs材料基本一致。

五、計算分析題

1、已知一種Ni-Zn鐵氧體軟磁材料，其配方為：Fe2O3=50mol%,

Nio=25mol%,COO=5mol%,ZnO=20mol%o

請計算及分析：

①制備IOKg材料需各種原料分別為多少？

②寫出該材料的化學(xué)分子式與占位結(jié)構(gòu)分布式；

③說明Co2+含量變化對其截止頻率有何影響？注：分子量：

Fe2θ3=159.7,NiO=74.7CoO=75,ZnO=81.4

解：①W總=0.5×159.7+0.25×74.7+0.05×75+0.2×81.4=Π8.56制

共2頁，第41頁

備IKg材料需Fe2O3為:lx(0.5

xl59.7/118.56)=0.673(Kg);需NiO

為:lx(0.25x74.7/118.56)=0.158(Kg);需CoO

為:1×(0.05×75∕118.56)=0.032(Kg);需ZnO

?Π×(0.2×81.4∕118.56)=0.137(Kg);

②設(shè)化學(xué)式為：ZnαNiβCoγFeδ04貝IJα+β+γ+δ=3

(1)a：β:γ:δ=20:25：5：IOO

(2)又設(shè)Fe2+的含量為X

a×2+β×2+γ×2+x×2+(δ-x)×3=8(3)聯(lián)立

(1)(2)(3)式,得

a=0.4；β=0.5；γ=0.1；δ=2；X=O故該材料的化學(xué)式為：

Zno.4Nio.sCoo.iFe204

占位結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)分布式為：(Zn2+0.4Fe3+o.6)[Ni2+0.5C02+0.1Fe3+1.4)O

2-4

③隨CO?+含量的增加其截止頻率會增加，主要由于磁晶各

向異性增在所造成的。

共2頁，第42頁

一、名詞解釋

1.旋磁性

鐵磁材料在恒磁場和交變磁場聯(lián)合作用下，某方向的交變磁感應(yīng)不

但與同方向的交變磁場有關(guān)，而且與垂直方向的交變磁場有關(guān)，交變

磁感應(yīng)強(qiáng)度與交變磁場強(qiáng)度之間的聯(lián)系由一張量磁導(dǎo)率表征，這種

性質(zhì)稱為旋磁性。

2.鐵磁共振線寬AH

旋磁張量磁導(dǎo)率的對角分量虛部極大值的一半所對應(yīng)的兩個磁場之

差稱為鐵磁共振線寬。

3.拉莫爾進(jìn)動

磁矩在外磁場的作用下，繞磁場所做的旋轉(zhuǎn)進(jìn)動。

4.一致進(jìn)動自旋模式

各個自旋的進(jìn)動頻率、振幅、相位完全一致的自旋體系稱為一致進(jìn)動

自旋模式。

5.非一致進(jìn)動自旋模式

各個自旋的進(jìn)動頻率、或振幅、或相位不同的自旋體系稱為非一致進(jìn)

動自旋模式。

二、問答計算題

共2頁，第43頁

1.請描述鐵磁共振的物理圖像。

當(dāng)只有穩(wěn)恒磁場H作用時，磁矩M繞H方向進(jìn)動，進(jìn)動頻率為

30=YH,進(jìn)動由于受到阻尼作用張角逐漸減小。當(dāng)M在恒磁場

H和與之垂直的交變磁場h作用下，交變磁場會對做拉莫爾的M

給予能量補(bǔ)充，使M以交變場的頻率ω繼續(xù)進(jìn)動下去做受迫運

動。當(dāng)ω=ωθ時，發(fā)生能量的共振吸收，進(jìn)動維持在一定的張角，

發(fā)生鐵磁共振。2.旋磁鐵氧體材料可以分為哪幾類？六角晶系旋

磁鐵氧體的優(yōu)點有哪些？

按晶體結(jié)構(gòu)可分為石榴石、尖晶石和六角晶系三大類，每類又包括多

晶、單晶和薄膜等。

3.請畫出鐵磁共振線寬在張量磁導(dǎo)率的對角分量虛部曲線中的示意

圖。

共2頁，第44頁

一、填空題：

1.目前金屬納米晶磁性材料已得到廣泛的應(yīng)用，其中三種牌號的納

米晶磁性材料為：FINEMET、NANoPERM和HITPERM0

2.非晶磁性合金又稱磁性金屬玻璃；有3種類型：過渡金屬-類金屬

合金（TM）、稀土-過渡金屬合金（R金和過渡金屬-Zr或Hf（飴）合金（T-

ZrT-Hf）o

二、問答題

1.非晶磁性材料的性能特點有哪些？

答：1）TM非晶合金可形成一系列性能優(yōu)良的軟磁材料；直流損耗較

小；2）由于原子無序造成的電子散射，有很高的電阻率（IOO-200

Wm.cm）,適合高頻應(yīng)用，具有低的渦流損耗；3）沒有宏觀的磁晶各

向異性（殘留的各向異性主要是由內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生）；4）沒有微觀結(jié)構(gòu)的不

連續(xù)（晶界或沉淀物）可供磁疇壁的釘扎；5）非晶材料具有特別好的

機(jī)械性能，如高強(qiáng)度、高硬度和高延展性；6）抗化學(xué)腐蝕能力極好，

幾乎不受酸、堿所腐蝕；7）抗g射線及中子等輻射能力強(qiáng),在火箭、

宇航、核反應(yīng)等技術(shù)領(lǐng)域中很適用；

2.簡述晶粒大小對常規(guī)磁性材料和納米晶磁性材料矯頑力的影響規(guī)

律，并說明為什么。

答：對于常規(guī)磁性材料而言，晶粒直徑越小，矯頑力越大，一般成Hc

共2頁，第45頁

OC1/D的關(guān)系（D為晶粒直徑）。這是因為晶粒越小，相同體積內(nèi)的

材料含有的晶界數(shù)目越多。而晶界是疇