功能材料課件－精細功能陶瓷

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1、精細功能陶瓷導電陶瓷介電陶瓷鐵氧體生物陶瓷精細陶瓷以精制的高純度天熱無機物或人工合成的無機化合物為原料，采用精密控制的制造加工工藝燒結，具有遠勝過以往獨特性能的優(yōu)異特性的陶瓷，稱為精細陶瓷。精細陶瓷依據(jù)材料的功能可分為：結構陶瓷（又稱工程陶瓷）功能陶瓷以強度、剛度、韌性、耐磨性、硬度等力學性能為特征以聲、光、電、磁、熱等物理性能為特征1.結構陶瓷(1)耐高溫、高強度、耐磨損陶瓷(2)耐高溫、高強度、高韌性陶瓷(3)耐高溫、耐腐蝕的透明陶瓷2.功能陶瓷(1)導電陶瓷(2)介電陶瓷(3)生物陶瓷(4)磁性陶瓷……精細陶瓷主要有以下特點：

2、（1）在原料上，突破了傳統(tǒng)陶瓷以粘土為主要原料的界限，精細陶瓷一般采用精選、提純的化合物為主要原料。（2）在成分上，精細陶瓷性質的優(yōu)劣由原料的純度和工藝決定。（3）在制備工藝上，精細陶瓷的制備應用真空燒結、氣氛燒結、熱壓等精密的成型工藝。（4）在性能與用途上，精細陶瓷具有多種傳統(tǒng)陶瓷所沒有的特殊性質與功能，如高強度、高硬度、耐磨耐蝕，同時在磁、電、熱、聲光、生物工程等各方面有特殊功能，因而使其在高溫、機械、電子、計算機、航天、醫(yī)學工程各方面得到廣泛應用。導電陶瓷電子導電陶瓷氧化物陶瓷電介質常溫導體或半導體加熱自由電子電子導電陶瓷材料

3、通常作電熱體材料，比金屬電熱體更耐高溫。碳化硅陶瓷——1450℃二硅化鉬陶瓷——1650℃氧化鋯陶瓷——2000℃，低溫下導電性能不理想，需預熱，負電阻溫度系數(shù)氧化釷陶瓷——2500℃，低溫時導電性能有待改進鉻酸鑭陶瓷——1800℃，長壽命1700h機械強度不高，質地很脆離子導電陶瓷又稱固體電解質陶瓷、快離子導體材料或快離子陶瓷，指電導率≥10-4S/m的具有離子結構的材料。離子在固體中通過晶格的缺陷（空穴）而進入穴位而發(fā)生導電。離子晶體中的熱缺陷主要有四種：正填隙離子正空格點負填隙離子負空格點離子導電材料的種類一般按離子的種類分：

4、銀離子導體——α-AgI、Ag2S、Ag2Se、Ag2Te、RbAg4I5銅離子導體——RbCu4Cl13I2、Rb4Cu16Cl13I7鈉離子導體——β-鈉氧化鋁鋰離子導體——β-LiAlSiO4、LixNbxW1-xO3、Li-β-Al2O3氫離子導體——一般都含水，如雜多酸Hm[XxYyOz]·nH2O（X和Y可代表多種元素），蒙脫石和H3O+β-Al2O3等。氧離子導體具有氧離子遷移特性的化合物。主要有兩種結構類型：螢石型和鈣鈦礦型。螢石型化合物的通式為MO2，在摻雜二價或三價氧化物后，晶格內出現(xiàn)氧離子空位，產生氧離子導電性

5、。除ZrO2基和ThO2基固溶體外，尚有CeO2基和Bi2O3基固溶體，在高溫時有比ZrO2基固溶體更高的電導率，但在還原氣氛下易被還原。鈣鈦礦型氧離子導體為摻雜ABO3型化合物，氧離子電導率和離子遷移數(shù)皆較ZrO2基固溶體低，如CaTi1-xAlxO3-x/2。導電陶瓷應用(1)用作各種電池的電解質(2)用作固體電子器件(3)固態(tài)離子選擇電極介電陶瓷介電材料又叫電介質，是以電極化為特征的材料。介電性：指在電場作用下，帶電粒子作微小位移的性質，通常用介電常數(shù)和介質損耗來表示。材料應用高頻技術時，介電性是非常重要的性質。在電場作用下分

6、子中正負電荷中心發(fā)生相對位移而產生電偶極矩的現(xiàn)象陶瓷的介電和鐵電特性和極化一般介電陶瓷在電場下產生的極化分為四種：電子極化、離子極化、偶極子趨向極化、空間電荷極化電子極化：在外電場作用下，電子云相對原子核發(fā)生微小位移，使電中性的原子形成一個很小的電偶極子。離子極化：在外電場作用下，構成分子的正負離子發(fā)生微小位移，使分子形成一個很小的電偶極子。偶極子趨向極化：具有恒定偶極矩的極性分子在外加電場作用下，偶極子發(fā)生轉向，趨于和外加電場方向一致，與極性分子的熱運動達到統(tǒng)計平衡狀態(tài)，整體表現(xiàn)為宏觀偶極矩?？臻g電荷極化：在不均勻介質中，如介質中

7、存在晶界、相界、晶格畸變、雜質、氣泡等缺陷區(qū)，都可成為自由電子運動的障礙；在障礙處，自由電子積聚，形成空間電荷極化，一般為高壓式極化。介電陶瓷的性質與陶瓷多晶體的晶體結構之間的關系：32種對稱點群20種無對稱中心——壓電晶體10種極性晶體——熱釋電晶體11種有對稱中心（非極性原子或分子）完全電中性外電場作用可改變電偶極子方向——鐵電晶體鐵電性：一些電介質晶體中，晶胞的結構使正負電荷重心不重合而出現(xiàn)電偶極矩，產生不等于零的電極化強度，使晶體具有自發(fā)極化，晶體的這種性質叫鐵電性。在一定溫度范圍內、單位晶胞內正負電荷中心不重合，形成偶極矩

8、，呈現(xiàn)電極性。這種在無外電場作用下存在的極化現(xiàn)象稱為自發(fā)極化。當施加外界電場時，自發(fā)極化方向沿電場方向趨于一致；當外電場倒向，而且超過材料矯頑電場值時，自發(fā)極化隨電場而反向；當電場移去后，陶瓷中保留的部分極化量，即剩余極化。自發(fā)極化與