功能材料课件－精细功能陶瓷

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1、精细功能陶瓷导电陶瓷介电陶瓷铁氧体生物陶瓷精细陶瓷以精制的高纯度天热无机物或人工合成的无机化合物为原料，采用精密控制的制造加工工艺烧结，具有远胜过以往独特性能的优异特性的陶瓷，称为精细陶瓷。精细陶瓷依据材料的功能可分为：结构陶瓷（又称工程陶瓷）功能陶瓷以强度、刚度、韧性、耐磨性、硬度等力学性能为特征以声、光、电、磁、热等物理性能为特征1.结构陶瓷(1)耐高温、高强度、耐磨损陶瓷(2)耐高温、高强度、高韧性陶瓷(3)耐高温、耐腐蚀的透明陶瓷2.功能陶瓷(1)导电陶瓷(2)介电陶瓷(3)生物陶瓷(4)磁性陶瓷……精细陶瓷主要有以下特点：

2、（1）在原料上，突破了传统陶瓷以粘土为主要原料的界限，精细陶瓷一般采用精选、提纯的化合物为主要原料。（2）在成分上，精细陶瓷性质的优劣由原料的纯度和工艺决定。（3）在制备工艺上，精细陶瓷的制备应用真空烧结、气氛烧结、热压等精密的成型工艺。（4）在性能与用途上，精细陶瓷具有多种传统陶瓷所没有的特殊性质与功能，如高强度、高硬度、耐磨耐蚀，同时在磁、电、热、声光、生物工程等各方面有特殊功能，因而使其在高温、机械、电子、计算机、航天、医学工程各方面得到广泛应用。导电陶瓷电子导电陶瓷氧化物陶瓷电介质常温导体或半导体加热自由电子电子导电陶瓷材料

3、通常作电热体材料，比金属电热体更耐高温。碳化硅陶瓷——1450℃二硅化钼陶瓷——1650℃氧化锆陶瓷——2000℃，低温下导电性能不理想，需预热，负电阻温度系数氧化钍陶瓷——2500℃，低温时导电性能有待改进铬酸镧陶瓷——1800℃，长寿命1700h机械强度不高，质地很脆离子导电陶瓷又称固体电解质陶瓷、快离子导体材料或快离子陶瓷，指电导率≥10-4S/m的具有离子结构的材料。离子在固体中通过晶格的缺陷（空穴）而进入穴位而发生导电。离子晶体中的热缺陷主要有四种：正填隙离子正空格点负填隙离子负空格点离子导电材料的种类一般按离子的种类分：

4、银离子导体——α-AgI、Ag2S、Ag2Se、Ag2Te、RbAg4I5铜离子导体——RbCu4Cl13I2、Rb4Cu16Cl13I7钠离子导体——β-钠氧化铝锂离子导体——β-LiAlSiO4、LixNbxW1-xO3、Li-β-Al2O3氢离子导体——一般都含水，如杂多酸Hm[XxYyOz]·nH2O（X和Y可代表多种元素），蒙脱石和H3O+β-Al2O3等。氧离子导体具有氧离子迁移特性的化合物。主要有两种结构类型：萤石型和钙钛矿型。萤石型化合物的通式为MO2，在掺杂二价或三价氧化物后，晶格内出现氧离子空位，产生氧离子导电性

5、。除ZrO2基和ThO2基固溶体外，尚有CeO2基和Bi2O3基固溶体，在高温时有比ZrO2基固溶体更高的电导率，但在还原气氛下易被还原。钙钛矿型氧离子导体为掺杂ABO3型化合物，氧离子电导率和离子迁移数皆较ZrO2基固溶体低，如CaTi1-xAlxO3-x/2。导电陶瓷应用(1)用作各种电池的电解质(2)用作固体电子器件(3)固态离子选择电极介电陶瓷介电材料又叫电介质，是以电极化为特征的材料。介电性：指在电场作用下，带电粒子作微小位移的性质，通常用介电常数和介质损耗来表示。材料应用高频技术时，介电性是非常重要的性质。在电场作用下分

6、子中正负电荷中心发生相对位移而产生电偶极矩的现象陶瓷的介电和铁电特性和极化一般介电陶瓷在电场下产生的极化分为四种：电子极化、离子极化、偶极子趋向极化、空间电荷极化电子极化：在外电场作用下，电子云相对原子核发生微小位移，使电中性的原子形成一个很小的电偶极子。离子极化：在外电场作用下，构成分子的正负离子发生微小位移，使分子形成一个很小的电偶极子。偶极子趋向极化：具有恒定偶极矩的极性分子在外加电场作用下，偶极子发生转向，趋于和外加电场方向一致，与极性分子的热运动达到统计平衡状态，整体表现为宏观偶极矩。空间电荷极化：在不均匀介质中，如介质中

7、存在晶界、相界、晶格畸变、杂质、气泡等缺陷区，都可成为自由电子运动的障碍；在障碍处，自由电子积聚，形成空间电荷极化，一般为高压式极化。介电陶瓷的性质与陶瓷多晶体的晶体结构之间的关系：32种对称点群20种无对称中心——压电晶体10种极性晶体——热释电晶体11种有对称中心（非极性原子或分子）完全电中性外电场作用可改变电偶极子方向——铁电晶体铁电性：一些电介质晶体中，晶胞的结构使正负电荷重心不重合而出现电偶极矩，产生不等于零的电极化强度，使晶体具有自发极化，晶体的这种性质叫铁电性。在一定温度范围内、单位晶胞内正负电荷中心不重合，形成偶极矩

8、，呈现电极性。这种在无外电场作用下存在的极化现象称为自发极化。当施加外界电场时，自发极化方向沿电场方向趋于一致；当外电场倒向，而且超过材料矫顽电场值时，自发极化随电场而反向；当电场移去后，陶瓷中保留的部分极化量，即剩余极化。自发极化与