电子陶瓷材料.ppt

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1、电子陶瓷材料第二章陶瓷的晶体缺陷一.决定陶瓷性能的结构因素陶瓷的构成因素(组成)超微结构(原子离子级别)原子的种类，原子的金属性和非金属性，化学结合的方式，结晶结构微结构(晶粒、晶界级别)多晶体晶粒直径气孔量(晶界、晶粒内)晶界(分凝、析出相)缺陷(裂纹、位错)表面状态(伤痕等)晶格的各向异性和取向机械性质电学性质热学性质化学性质硬度、强度、比重、弹性率、断裂韧性电阻、热释电性、介电常数、压电性、电光效应、离子导电性、绝缘破坏强度熔点、比热、热导率、热膨胀系数耐酸、碱、电化学腐蚀，与金属的亲合性陶瓷的性质LTCC基板优点缺陷的分类：瞬时缺陷电子缺陷点缺陷线缺陷面缺陷体缺陷声子电子空穴

2、晶格空位格点间填隙原子置换原子位错晶体表面晶界相界层错空洞缺陷簇夹杂物点缺陷的标记法：Kroger-VinkNotation:缺陷种类MXV晶格空位非金属元素符号金属元素符号缺陷有效电荷·正电荷，负电荷×电中性缺陷位置MXI格点间填隙位置非金属元素符号金属元素符号缺陷种类与有效电荷缺陷种类有效电荷高价离子置换+低价离子置换-金属离子空位-非金属离子空位+金属离子填隙+非金属离子填隙-二.晶体缺陷的研究：1)结晶学观点出发，研究缺陷存在的形态2)热力学立场出发，研究缺陷生成的理论依据LDK玻璃技术指标准化学平衡法原理——将缺陷生成看作是一种化学反应缺陷反应方程式的规则：(1)质量关系—

3、—原子数平衡，方程两边各种原子(或离子)的个数必须相等(2)位置关系——格点数成正确比例，每增加a个M格点，须增加b个X格点(3)电荷关系——电荷平衡，方程两边的总有效电荷必须相同(晶体的电中性)缺陷反应方程式应用示例:①具有Frankel缺陷的化学计量化合物M+2X-2：②具有反Frankel缺陷的化学计量化合物M+2X-2：③具有Schottky缺陷的化学计量化合物M+2X-2：(无缺陷)缺陷反应方程式应用示例④具有反Schottky缺陷的化学计量化合物M+2X-2：⑤正离子缺位的非化学计量化合物M1-yX(Ni1-yO,Cu2-yO,Mn1-yO等)如果缺陷反应充分，则有正离子

4、缺位一价电离正离子缺位二价电离为多子，p型半导体⑥非化学计量比化合物MX1-y(负离子缺位)，如TiO2-y,WO2-y等，若缺陷反应充分，则有：如BaTiO3在还原性气氛条件下烧结：e为多子，n型半导体⑦正离子填隙非化学计量化合物M1+yX充分反应如：Zn1+yO在一定条件下以Zni˙缺陷为主时，呈n型半导体⑧负离子填隙非化学计量化合物MX1+y充分反应如VO1+y，UO2+y在一定条件下，氧过量缺陷为主，呈p型半导体⑨电子与空穴复合三．用质量作用定律表述缺陷浓度质量作用定律——在一定温度下，化学反应达到平衡时，正反两方面参加反应的组元浓度乘积之比保持为常数:如：aA+bBcC

5、+dD平衡常数将质量作用定律应用于缺陷反应式时，用[]表示某种缺陷的浓度，用n、p分别表示电子、空穴的浓度，气体的分压表示该气体的浓度。如：或应用示例：1)掺杂对电导的影响：通常NiO为具有Ni缺位的非化学计量氧化物，p型半导体在NiO中掺杂微量的Li+,Na+，K+等一价金属离子可见，掺Li+后，空穴浓度p要增大，NiO的电导率上升。若在NiO中掺杂微量Fe3+，Cr3+等三价金属离子。可见，掺入Fe3+后，电子浓度补偿了空穴浓度，使NiO电导率下降。2)气氛对电导的影响：由上例根据电中性条件：因而代入上式：得:又因空穴电导率q-电子电量，p-空穴迁移率表明：NiO的电导率随烧结

6、或热处理过程中的氧分压的增加按1/6次方的指数规律增加。可从此关系反证缺陷属何种类，进而推知导电机构。四.固溶体的概念及其分类固溶体——固态条件下，一种组分内溶解了其它组分而形成的单一、均匀的晶态固体。如：红宝石：-Al2O3+0.5~2%Cr2O3（纯-Al2O3白宝石）结构中Cr3+的存在能产生受激辐射，固体激光材料固溶体中不同组分的结构基元是以原子尺度混合的，这种混合是以不破坏主晶相结构为前提的。组分间的固溶：晶体的生长过程溶液中结晶时烧结过程原子扩散固溶体与一般化合物有本质区别：化合物AmBn：A、B之间按确定的克分子比例m:n化合，晶体结构固有既不同于A，亦不同于B固溶

7、体：A、B之间并不存在确定的克分子比，可以在一定范围内波动，其结构与主晶体结构一致。固溶体分类一、溶质原子在溶剂晶体结构中所处的位置分类(本质)1．置换固溶体：无机材料多发生在金属阳离子的置换2．填隙固溶体：无机材料多发生在阴离子所形成的间隙中二、按溶质原子在溶剂晶体中的溶解度分类1．连续固溶体：Sr+2Ba+2BaTiO32．有限固溶体：Ca+2Ba+2BaTiO3形成固溶体的条件1．结构因素：晶格类型相同是形成无限固溶体的必要条件晶格类型差别愈大，