資源描述：
《精品課程《功能材料》ppt課件第六講 精細功能陶瓷與功能轉換材料.ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在教育資源-天天文庫。
1、功能材料第六講精細功能陶瓷與功能轉 換材料簡介近幾十年來,隨著宇航、原子能和電子工業(yè)的迅速發(fā)展，對陶瓷材料無論從性能、質量、品種等方面，均提出了越來越高的要求。陶瓷材料的研究和發(fā)展已從傳統(tǒng)陶瓷階段躍入到先進陶瓷階段(AdvancedCeramics)。先進陶瓷是以化學方法制備的高純度或純度可控制的材料做原料，通過調整材料的成分和結構獲得傳統(tǒng)陶瓷無法比擬的卓越性能。先進陶瓷從性能上可分為結構陶瓷(StructuralCeramics)和功能陶瓷(FunctionalCeramics)。6.1精細功能陶瓷結構陶瓷是指具有特殊力學或機械性能，以及部分熱學或化學性能的先
2、進陶瓷，特別適于高溫下應用的則稱為高溫結構陶瓷;功能陶瓷是指那些利用電、磁、聲、光、力等直接效應及其耦合效應所提供的一種或多種性質來實現(xiàn)某種使用功能的先進陶瓷。精細功能陶瓷在信息技術中占重要地位，廣泛應用于信息的轉換、存儲、傳遞和處理。彩電接收機中75％元件是陶瓷制造的。精細功能陶瓷作為次于金屬、塑料的“第三類材料”。正在越來越多地在結構材料方面嶄露頭角，成為現(xiàn)代工程材料的三大支柱之一。到20世紀90年代，陶瓷材料的研究又進入了第3階段——納米陶瓷階段，它將促使陶瓷材科研究從工藝到理論，從性能到應用都提高到一個嶄新的階段。6.1.1精細陶瓷的定義陶瓷原大多指陶瓷
3、器、玻璃、水泥和耐火磚之類人們所熟悉的材料。它們是用無機原料經熱處理后的“陶瓷器”制品的總稱。這些陶瓷器即使在高溫下仍保持堅硬、不燃、不生銹，能承受光照或加壓和通電，具有許多優(yōu)良性能。相對于這種用天然無機物燒結的傳統(tǒng)陶瓷，以精制的高純天然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。陶瓷的功能及應用6.1.2導電陶瓷傳統(tǒng)硅酸鹽陶瓷、氧化物，都是離子晶體。在離子晶體中。離子導電和電子導電都存在。但一般情況下以離子導電為主．電子導電很微弱。然而，材料含變價離子，生成非化學計量化合物或引入不等
4、價雜質時，將產生大量自由電子或空穴，電子導電增強，成為半導體。一類離子晶體具有很高的電導率，在固態(tài)時的導電率，相當于液體電解質的導電率水平。這類材料稱為快離子導體或固體電解質，如氧離子導體和鈉離子導體。鈉離子導體包括β-Al2O3，NaSiCon和NaMSi4O12系。氧離子導體有螢石結構氧化物(ZrO2、HfO2、CeO2等)和鈣鐵礦結構氧化物(LaAlO3、CaTiO3)。二價堿土氧化物或三價稀土氧化物穩(wěn)定的氧化鋯是廣泛應用的氧離子導體?，F(xiàn)代陶瓷還包括碳化物、氮化物、硼化物和硅化物等。通常硅化物、硼化物的化學鍵是金屬鍵和共價鍵共存。過渡金屬的碳化物、氮化物以
5、金屬鍵為主，共價鍵為輔。非金屬元素的碳化物、氮化物以共價鍵為主，金屬鍵為輔。這幾類化合物構成的陶瓷都是電子導電。SiC、MoSi2電熱材料屬這一類。碳化硅是最早使用的陶瓷電熱材料，最高使用溫度為1560℃。二硅化鉬抗氧化性好，最高使用溫度1800℃，在1700℃空氣中可連續(xù)使用幾千小時。6.1.3介電鐵電陶瓷陶瓷材料在電場作用下，帶電粒子被束縛在固定位置上，僅發(fā)生微小位移，即形成電極化而不產生電流，為絕緣體。帶電粒子在電場下作微小位移的性質稱為介電性。在外電場作用下能夠隨電場改變電偶極子方向的晶體稱為鐵電晶體。介電陶瓷的鐵電特性表現(xiàn)為本身具有自發(fā)極化。當施加外界
6、電場時，自發(fā)極化方向沿電場方向趨于一致；當外電場反向，而且超過材料矯頑電場Ec值時，自發(fā)極化隨電場而反向；當電場移去后，陶瓷中保留部分極化量，即剩余極化。介電陶瓷材料主要應用在陶瓷電容器和微波介質元件方面。鐵電陶瓷的主要用途之一是制作高電容率的電容器。近年來由于陶瓷制造工藝的發(fā)展，出現(xiàn)了熱壓法、微細粉末精制法等可以控制其顯微結構和晶界性質的方法，使之成為透明陶瓷。其中PLZT透明陶瓷具有鐵電壓電性能。一、介電陶瓷電容器陶瓷電容器以其體積小、容量大、結構簡單、優(yōu)良的高頻特性、品種繁多、價格低廉，便于批量生產而廣泛應用于家用電器、通信設備、工業(yè)儀器等領域，是目前飛速
7、發(fā)展的電子技術的基礎之一。用于制造陶瓷電容器的介電陶瓷，對材料有以下要求：（1）介電常數應盡可能高；（2）在高頻、高溫、高壓及其他惡劣環(huán)境下，陶瓷電容器性能穩(wěn)定可靠；（3）介質損耗要??；（4）比體積電阻率高于1010Ω.m(絕緣電阻率通常大于1010Ω.m),可保證在高溫下工作;（5）具有較高的介電強度,陶瓷電容器在高壓和高功率條件下,往往由于擊穿而不能工作,因此必須提高電容器的耐壓特性。陶瓷電容器的分類和特征（1）非鐵電電容器陶瓷（Ⅰ型），其特點是高頻損耗小，介電常數隨溫度變化而呈線性變化，又稱熱補償電容器陶瓷；（2）鐵電電容器陶瓷（Ⅱ型），其特點是介電常數隨
8、溫度變化而呈非線性變化，
