《次课功能陶瓷》PPT课件

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1、特种陶瓷材料及工艺授课教师：任帅绪论第一章特种陶瓷生产工艺原理第二章结构陶瓷第三章功能陶瓷第七章薄膜材料第八章生物陶瓷第九章新能源材料第十章环境材料第四章特种玻璃第五章人工晶体第六章无机纤维功能陶瓷：在材料应用中，主要利用其非力学性能时，则统称此类陶瓷材料为功能陶瓷材料。所谓非力学性能，包括材料的电、磁、光、热、化学、核性能和生物学等方面的性能。功能陶瓷已在能源开发、空间技术、电子技术、传感技术、激光技术、光电子技术、红外技术、生物技术、环境科学等领域得到广泛的应用。第三章、功能陶瓷3.1电介质陶瓷3.2铁电陶瓷3.3敏感陶瓷3.4导电陶瓷3.5超导陶瓷3.6磁性陶瓷3.7陶瓷的金属化和

2、封接第三章、功能陶瓷3.1.1电介质陶瓷的一般特性3.1.2电介质陶瓷的性能及分类3.1.3电介质陶瓷陶瓷生产工艺、性能及应用3.1.4非铁电电容器陶瓷3.1电介质陶瓷A绝缘陶瓷电容器陶瓷B压电陶瓷C热释电陶瓷D铁电陶瓷电介质陶瓷分类示意图3.2铁电陶瓷一、压电陶瓷二、热释电陶瓷三、透明铁电陶瓷四、铁电电容器陶瓷(a)不受外力(b)沿X方向的压力(c)沿X方向的拉力压电产生原理压电超声马达世界上最小的马达（电机）：重36mg，长5mm，直径1mm，可作为人造心脏的驱动器。原理：当给定子加上电之后，由于逆压电效应，定子表面就会产生超声振动。由于定子和转子之间的摩擦力的作用，转子也会跟着运动

3、起来。优点：结构简单、启动快、体积小、无电磁干扰。3.3敏感陶瓷3.3.1敏感陶瓷的分类及应用3.3.2敏感陶瓷的结构与性能3.3.3敏感陶瓷的半导体化过程3.3.4热敏陶瓷3.3.5气敏陶瓷3.3.6湿敏陶瓷3.3敏感陶瓷某些陶瓷的电阻率、电动势等物理量对热、湿、光、电压及某种气体、某种离子的变化特别敏感这一特性。3.1电介质陶瓷3.2铁电陶瓷3.3敏感陶瓷3.4导电陶瓷3.5超导陶瓷3.6磁性陶瓷3.7陶瓷的金属化和封接第三章、功能陶瓷3.4导电陶瓷在一定条件（温度、压力等）下具有电子（或空穴）电导或离子电导的陶瓷叫导电陶瓷。电子电导(包括空穴电导)有氧化物或碳化物半导体等。离子电导

4、有固体电解质陶瓷，如ZrO2、β-Al2O3等。这些都是离子晶体的氧化物或复合物。3.4导电陶瓷在固体电解质中，带电离子的运动比在液体中倍受限制，但仍然能以扩散的形式发生，从而产生离子电导。陶瓷的电导率是横穿晶界的电导率和沿表面晶体的电导率之和。离子在晶体中扩散通过取代晶格空位的方式进行，在一般情况下，这类运动取向混乱，不给出净的电荷运动；然而在电场作用下，离子会沿着电场方向运动，从而产生了离子导电流。3.4.1ZrO2导电陶瓷ZrO2的结晶形态与稳定3.4导电陶瓷单斜ZrO2转变为四方ZrO2会产生3－5%的体积收缩加入某些适量的氧化物(例如Y2O3、CaO、MgO等)，可使ZrO2变

5、成无异常收缩的等轴晶型或四方晶型的稳定ZrO2。——晶型转变3.4.2ZrO2陶瓷的导电机理稳定ZrO2中，由于稳定剂的金属离子会与Zr4+进行不等价置换，产生氧离子缺位。以Ca2+为例，当Ca2+取代了Zr4+之后，使正电荷减少了+2价，于是在Ca2+周围必须失掉一个在正常位置上的O2-离子，才能保持晶格中的电中性，于是便产生一个氧空位。同样，用Y3+取代Zr4+使正电荷少了+1价。所以在两个钇离子周围存在一个氧空位。从而保持了稳定ZrO2晶格的电中性。因此在稳定的ZrO2晶格内存在大量的氧空位，使ZrO2陶瓷成为导电陶瓷。3.4导电陶瓷3.4.2ZrO2陶瓷的导电机理氧离子空位3.4

6、导电陶瓷3.4.3ZrO2导电陶瓷的制造工艺依产品的性能、形状、大小的不同可以有多种方法：采用注浆成型，在瓷球磨筒内配制中性泥浆，料：球：水：胶液=1：1.5：0.6：0.15，具有较好的悬浮性和流动性。采用模压法成型，配料可选用两种不同温度下稳定的ZrO2料：一种是高于1700℃稳定的；另一种是在1450℃稳定的。其比例，前者为60-70%，后者为30-40%。然后混合均匀，加入适当的粘结剂，压制成型。原料要求ZrO2采用超细粉末（＜0.05微米），纯度为99.5%，稳定剂采用Y2O3或Al2O3纯度为试剂级。3.4导电陶瓷3.4.3ZrO2导电陶瓷的制造工艺工艺流程3.4导电陶瓷在中

7、性或氧化气氛中烧结3.4.3ZrO2导电陶瓷的制造工艺ZrO2陶瓷导电性能3.4导电陶瓷银的电导率为6.3×107(Ω·m)-13.5超导陶瓷3.5超导陶瓷3.5.1超导体超导体：指当某种物质冷却到低温时电阻突然变为零，同时物质内部失去磁通成为完全抗磁性的物质。每一种超导体都有一定的超导转变温度，即物质由常态转变为超导态的温度称其为超导临界温度，Tc表示。3.5超导陶瓷3.5.1超导体判断材料是否具有超导性，有两个基本的特征：超导电