功能陶瓷材料总复习题
功能陶瓷材料总复习
绪论
什么是功能陶瓷？常见的功能陶瓷的分类、特性与用途。
1定义：指具有电、磁、光、声、超导、化学、生物等特性，且具有相互转化功能的一类陶瓷。
2、分类：电容器陶瓷、压电、铁电陶瓷、敏感陶瓷、磁性陶瓷、导电、超导陶瓷、生物与抗菌陶瓷、发光与红外辐射陶瓷、多孔陶瓷。
3、特性：性能稳定性高、可靠性好、资源丰富、成本低、易于多功能转化和集成化等
4用途：在自动控制、仪器仪表、电子、通讯、能源、交通、冶金、化工、精密机械、航空航天、国防等部门均发挥着重要作用。举例：电容器陶瓷、谐振器元器件基材料、压电式动态力传感器、压电式振动加速度传感器。
介电陶瓷
以感应的方式对外电场作出响应，即沿着电场方向产生电偶极矩或电偶极矩的改变，这类材料称为电介质
各种极化机制以及频率围。
极化机制：电子极化、离子极化、偶极子极化、空间电荷极化
频率围：
铁电体，
晶体在某温度围具有自发极化Ps,且自发极化Ps的方向能随外电场而取向，称为铁电体。
材料的这种性质称为铁电性。
电畴：铁电体中自发极化方向一致的微小区域
铁电体的特性:铁电体特性包括电滞回线Hysteresis loop、电畴Domains、居里点Tc及居
里点附近的临界特性。
电滞回线：铁电体的P滞后于外电场E而变化的轨迹（如图
居里点Tc:顺电相T铁电相的转变温度
T>Tc 顺电相T 居里点附近的临界特性：介电常数随温度的变化显示明显的非线性，室温介电常数一般为 3000?5000,在居里温度处(120 C )发生突变，可达10000以上。驰豫铁电体： 复合钙钛矿(Complex Perovskite):晶胞中某一个或几个晶格位置被2种以上离子所占据。 弥散相变(Diffuse Phase Transition DPT)：顺电——铁电为渐变：介电峰宽化，T>Tc存在Ps和电滞回线。 频率色散(Frequency Dispersion) 高介电常数，大的应变 复合钙钛矿：晶胞中某一个或几个晶格位置被2种以上离子所占据 /辭眩,才才(附必… 〃'一Mg2打Z0, M笔屁强… B”一Nb=TF 严… Pb(Mg l/3Nb2J3)O3尸风2也N% M 介电陶瓷的改性机理。 1、居里区与相变扩：热起伏相变扩、应力起伏相变扩、成分起伏相变扩散、结构起伏相 变扩 2、铁电陶瓷居里峰的展宽效应： 展宽效应是指铁陶瓷的&与温度关系中的峰值扩的尽可能的宽旷，平坦，即不仅使居里峰压低，而且要使峰的肩部上举，从而使材料具有较小的温度系数a,又具有较大的￡值。 固溶缓冲型展宽效应和粒界缓冲型展宽效应。 3、铁电陶瓷居里峰移动效应：铁电体居里点及其他转折点，随着组成成分的变化，作有规 律地移动现象。 移动效应仅仅指Tc及其它转变点位置移动，而￡—T曲线形状不变。对BaTiO3来说，主要 指Tc的移动（居里峰的移动）。 4、铁电陶瓷重叠效应：重叠效应表象上是转变点的重合，￡峰值的重叠，而本质上是结构上的相互重叠。 半导体介质：按其结构、工艺可分为三类：表面阻挡层型，表面还原再氧化和电价补偿型晶界层型 反铁电体：反铁电体是这样一些晶体，晶体结构与同型铁电体相近，但相邻离子沿反平行方 向产生自发极化，净自发极化强度为零，不存在类似于铁电中的电滞回线。 MLC C多层片式陶瓷元器件，MLCC的主要趋势是发展微型化、大容量的以贱金属镍为电极 的BME MLCC,介质层。 微波介质陶瓷 定义：是指应用于微波频段（主要是UHF SHF频段）电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷 主要性能要求：1、高的介电常数，以利于器件的小型化、 2、高的品质因子，保证优良的选频特性、 3、尽可能低小的谐振频率温度系数，以确保搞定频率稳定性。 微波介质陶瓷大致可以分为以下三大类： 低介电常数类、中介电常数类、高介电常数类 1、低介电常数类微波介质陶瓷的介电常数为25~30, Q=（1~3）X 104 （在f > 10GHz下），T? =0。主要应用于厘米、毫米波段使用的卫星通讯以及军事应用等通讯系统。如钡基复合钙钛 矿陶瓷Ba（B'1/3B"2/3）O3 2、2、中等介电常数类是指其介电常数介于30-70之间的微波介质陶瓷，主要应用于4GHz- 8GHz频率围的卫星通信及移动通讯基站。这类材料主要有BaTi4O9、 3、高介电常数类指其介电常数大于80的微波介质陶瓷，主要用于工作在f<2GHz的低频波段的民用移动通讯系统中作为介质谐振器件。这类材料主要包括简称为BLT的 BaO-Ln2O3-nTiO2系列、CaO-Li2O-Ln2O3-TiO2系列和铅基钙钛矿系列。 压电陶瓷：压电陶瓷是指经直流高压极化后，具有压电效应的铁电陶瓷材料 压电效应：当给晶体施加应力则电荷发生位移，如果电荷分布不在保持对称就会出现净极化，并将伴随产生一个电场，这个电场就表现为压电效应。 正压电效应：晶体受到机械力的作用时，表面产生束缚电荷，其电荷密度大小与施加外力大 小成线性关系，这种由机械效应转换成电效应的过程称为正压电效应。力—形变—电压 逆压电效应：晶体在受到外电场激励下产生形变，且二者之间呈线性关系，这种由电效应转 换成机械效应的过程称为逆压电效应。电压—形变 极化工艺： 极化工艺是指在压电陶瓷上加一个强直流电场，使陶瓷中的电畴沿电场方向取向排列。只有经过极化工艺处理的陶瓷，才能够显示压电效应 压电陶瓷材料应用：振子方面、换能器方面 准同型相界：四方铁电相与三方铁电相的交界，并不是一个明确的成分分界线，而是具有一 定的成分围，在此区域，陶瓷体三方相和四方相共存 掺杂改性：为了满足不同的使用目的，我们需要具有各种性能的PZT压电陶瓷，为此我们可 以添加不同的离子来取代A位的Pb2+离子或B位的Zr4+,Ti4+离子，从而改进材料的性能。 等价取代 :软性取代改性 PAT掺杂改性 异价取代硬性取代改性 其它取代改性 等价取代：等价取代是指用Ca2+、Sr2+、Mg2+等半径较Pb2+离子小的二价离子取代Pb2+ 离子，结果使PZT陶瓷的介电常数&增大f, 机电耦合系数KP增大f ,压电常数d增大f , 从而提高PZT瓷的压电性能。 异价取代 软性取代改性：所谓“软性取代改性”是指加入这些添加物后能使矫顽场强EC减小J , 极化容易，因而在电场或应力作用下，材料性质变“软”。 经软性取代改性后的PZT瓷性能有如下变化： 矫顽场强EC减小J,机械品质因数Qm减小 介电常数￡增加f,介电损耗tan 3增加f ,机电耦合系数KP增加f ,抗老化性增加， 绝缘电阻率P增加f 。 硬性取代改性：所谓“硬性取代改性”是指加入这些添加物后能使矫顽场强EC增加f,极 化变难，因而在电场或应力作用下，材料性质变“硬”。 经硬性取代改性后的PZT瓷性能有如下变化： 矫顽场强EC增加f,机械品质因数Qmt曽加f; 介电常数￡减小J,介电损耗tan 3减小J ,机电耦合系数KP减小J ,抗老化性降低， 绝缘电阻率P减小J 其它取代改性：非软非硬添加剂如Ce4+、Cr3+和Si4+等，兼具软性和硬性的特征。无铅压电陶瓷材料体系 迄今为止，可被考虑的无铅压电陶瓷体系有：BaTiO3基无铅压电陶瓷；Bi1/2Na1/2TiO3 ( BNT 基无铅压电陶瓷；铌酸盐NaNbO3系无铅压电陶瓷；铋层状结构压电陶瓷；钨青铜结构无铅压电陶瓷。具体为： 敏感陶瓷：敏感陶瓷是根据某些陶瓷的电阻率、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的特性而制得的 敏感陶瓷分类： 1、物理敏感陶瓷： 光敏陶瓷、热敏陶瓷、磁敏陶瓷、声敏陶瓷、压敏陶瓷、力敏陶瓷 2、化学敏感陶瓷 氧敏陶瓷 湿敏陶瓷生物敏感陶瓷也在积极开发之中，也获得了不少骄人的成绩。 敏感陶瓷的结构与性能： 陶瓷是由晶粒、晶界、气孔组成的多相系统，通过人为的掺杂，可以造成晶粒表面的组分偏 离，在晶粒表层产生固溶、偏析及晶格缺陷等。 另外，在晶界处也会产生异质相的析出、杂质的聚集、晶格缺陷及晶格各向异性等。 这些晶粒边界层的组成、结构变化，显著改变了晶界的电性能，从而导致整个陶瓷电学性能 的显著变化。 ***热敏陶瓷：热敏陶瓷是一类电阻率、磁性、介电性等性质随温度发生明显变化的材料，主要用于制造温度传感器、线路温度补偿及稳频的元件--热敏电阻(thermistor)。 PTC 热敏电阻的温度曲线 101 10' s 轉 B U.3几种小同类鳴頫腋电凰的徂度转性曲绫 (H-NTCr 2>- CTR. :J)-齐关奥一a(査那rrc 半导化：由于在常温下是绝缘体，要使它们变成半导体，需要一个半导化。所谓半导化，是指在禁带中形成附加能级：施主能级或受主能级。在室温下，就可以受到热激发产生导电载流子，从而形成半导体。 PTC电阻温度特性及电压-电流特性与电流-时间特性 宀 S H 1J IM lift MG IM 300 V "iwrrtlfc) 电流-时间特性是指PTC热敏电阻在施加电压的过程中，电流随时间变化的特性。开始加电瞬间的电流称为起始电流，达到热平衡时的电流称为残余电流 PTC的应用：柜机空调用PTC器件、分体挂机空调PTC器件、暖风机用PTC器件 PTC效应机理：PTC热敏电阻器有两大系列：一类是采用BaTiO3为基材料制作的；另一类是以氧化钒为基的材料。 1、BaTiO3系PTC热敏电阻陶瓷 （1）BaTiO3陶瓷产生PTC效应的条件 当BaTiO3陶瓷材料中的晶粒充分半导化，而 晶界具有适当绝缘性时，才具有PTC效应。 PTC 效应完全是由其晶粒和晶界的电性能决定， 没有晶界的单晶不具有PTC效应 NTC是Negative Temperature coefficient （负温度系数）的缩写，是以尖晶石结构为主 的半导体功能陶瓷，具有电阻值随着温度升高而减小的特性 导电机理：（1）化学计量比偏离 采用氧化或还原气氛烧结，分别产生p型和n型半导体，形成电子或空穴导电。 （2）掺杂 在主成分中引入少量与主成分金属离子种类不同、电价不等的金属离子，产生不等价置 换，从而产生产生p型和n型半导体，实现电子或空穴导电。 跳跃导电模型理论可以解释大部分关于尖晶石结构的NTC热敏电阻材料的性质和现象。NTC热敏电阻的电压电流特性 v- I CKAUCTEFJ S7 ICS CVRUE NTC热敏电阻的应用 1）温度补偿：用于石英振荡器（2~3个NTQ 2）抑制浪涌电流：用于控制开关电源、电机、变压器等在接通瞬时产生的大电流。 3）温度检测：用于热水器、空调、厨房设备、办公用品、汽车电控等。 气敏陶瓷：是一种对气体敏感的陶瓷材料，陶瓷气敏元件（或称陶瓷气敏传感器）由于其具有 灵敏度高、性能稳定、结构简单、体积小、价格低廉、使用方便等优点，得到迅速发展。 分类：气敏陶瓷大致可分为半导体式、固体电解质式及接触燃烧式三种 气敏陶瓷的性能：半导体表面吸附气体分子时，半导体的电导率将随半导体类型和气体分子种类的不同而变化。 ***压敏陶瓷压敏陶瓷是指电阻值随着外加电压变化有一显著的非线性变化的半导体陶瓷 压敏陶瓷的基本特性 压敏电阻陶瓷具有非线性伏--安特性，对电压变化非常敏感。 在某一临界电压以下，压敏电阻陶瓷电阻值非常高，几乎没有电流；但当超过这一临界 电压时，电阻将急剧变化，并且有电流通过。随着电压的少许增加，电流会很快增大。 压敏电阻陶瓷的这种电流-电压特性曲线如图所示。 1.齐钠二极管； 2.SiC压敏电阻; 3. ZnO压敏电阻; 4. 线性电阻； 5. ZnO压敏电阻 压敏机理：晶界高阻态，晶粒导电。外加电压达到压敏电压时，晶界发生隧道击穿，阻值由晶粒电阻决定。 应用：①过压保护 ②稳定电压 磁性陶瓷：磁性瓷也叫铁氧体。它是由铁的氧化物与其它某些金属氧化物用制造陶瓷的工艺方法制成的非金属磁性材料。它的主要成分是Fe2O3 铁氧体的性能与用逢 憩快低株的励豪车网H可殆为 B L 侨顽力 R； 宇el c i无1 r X f f ? y B B r:剩余磁感应强月°He~H 凤：饱和磁感应强」/B 4回鉉 按晶体结构可以把它的分成三大类: (1 )尖晶石：AB2O4主要有NiZn和MnZn A：四面体位置； B :八面体位置。 (2)磁铅石：MFe12O19 M2压敏电金属离子特主要线BaFe12O19和SrFe12O19 （3）石榴石：R3Fe5O12 R3+三价稀土金属离子 按铁氧体的性质及用途又可分为 软磁、硬磁、旋磁、矩磁、压磁、磁泡等铁氧体 1、 软磁材料：特点：磁导率大，矫顽力小，磁滞回线窄。软磁铁氧体主要 用于制作各种电感元件，如天线磁芯、变压器磁芯、滤波器磁芯以及录音机和录 像机磁头和磁芯等磁记录元件。 2、 硬磁材料：是指磁化后不易退磁而能长期保留磁性的一种铁氧体材料， 也称为永磁材料或恒磁材料。特点：剩余磁感应强度大，矫顽力大，磁滞回线宽。 硬磁铁氧体的晶体结构大致是六角晶系磁铅石型，其典型代表是钡铁氧体 BaFe12O19这种材料性能较好，成本较低，不仅可用作电讯器件如录音器、机 及各种仪表的磁铁，而已在医学、生物和印刷显示等方面也得到了应用。 3、 矩磁材料：特点：剩余磁感应强度大，接近饱和磁感应强度，矫顽力小，磁 滞回线接近于矩形。重要的矩磁材料有锰锌铁氧体和温度特性稳定的 Li - Ni - Zn 铁氧体、Li - Mr - Zn 铁氧体。矩磁材料具有辨别物理状态的特性，如电子计 算机的“1”和“0”两种状态，各种开关和控制系统的“开”和“关”两种状态 及逻辑系统的“是”和“否”两种状态等。几乎所有的电子计算机都使用矩磁铁 氧体组成高速存贮器。 4、 旋磁铁氧体：又称微波铁氧体。在咼频磁场作用下，平面偏振的电磁波在铁 氧体中按一定方向传播时，偏振面会不断绕传播方向旋转的铁氧体材料。具有铁 磁共振线宽小、自旋波共振线宽大、在低频段，饱和磁化强度低和磁晶各向异性 常数小、介质损耗低、稳定性高等性能。采用电子陶瓷工艺，热压烧结或氧气氛 中烧结制造而成。主要用于制作毫米波铁氧体器件。 铁氧体的性能与用途 磁电效应：磁电阻效应（MR 、巨磁电阻效应（GMR 、庞磁电阻效应（CMR 、磁电极化效应 磁电效应与多铁性： 外加电场可以改变介质的磁学性质， 或者外加磁场能够改变介质的电极 化性质，这种效应被称作磁电效应 / he 附鉄电曲1（卜|閒2/师％ 昭 JiFeO"「=1100 K. T N - 643 K, P~ 90 jiC/cm 2 YMnO ?r-￡ = 9l4K,T N x 76 K 、P~ 6 jiC/cm 2 原理：电阻来自散射，散射越厉害，电阻越大 e.g.j TbMuOv TbMn,O ； 巨磁电阻效应 超导陶瓷：超导电现象某些材料在温度低于某一温度时，电阻突然降到零的现象。具有导 电性的材料称为超导体，电阻降为零的温度称为转变温度或临界温度。 迈斯纳效应：通过实验发现当物体处于超导态时，超导体部的磁场实际上为零，具有完全的抗 磁性?这种现象叫做迈斯纳效应。 同位素效应：汞的超导转变温度与其同位素质量有关，同位素质量越小，转变温度就越高 约瑟夫森隧道电流效应：约瑟夫逊在研究电子对通过超导金属间的绝缘层时指出， 当两块超 导体之间的绝缘层薄至接近原子尺寸 （10-20A ）时，超导电子可以穿过绝缘层产生隧道效应， 即超导体--绝缘体--超导体这样的超导结 （约瑟夫逊结或 SIS 结）具有超导性。 物履從一特定的温屢下没有电血.窣电■阻是 超导休的基机特施之一.称处*电祖聂应. 妲孚赢的输廣丸全4#斥J#场*即减力践齐能 进入趨导体肉部-这一特征稀为克全我啟性 我遏斯轉效总. Eg1:2000A 超导电缆、磁悬浮列车、核磁共振设备 Eg2:无源微波器件、超导量子干涉仪 （SQUID ）、超导高速逻辑运算元件 红外探测器等。 多孔陶瓷 定义:多孔陶瓷是一种经高温烧成、体具有大量彼此相通并与材料表面也相贯通的孔道结构 的陶瓷材料。 多孔陶瓷材料的特性： ① 化学稳定性好；通过材质的选择和工艺控制，可制成适用于各种腐蚀环境的多孔陶瓷； ② 具有良好的机械强度和刚度； 在气压、液压或其他应力负载下， 多孔陶瓷的孔道形状和尺 寸不会发生变化 ③ 耐热性好，用耐高温陶瓷制成的多孔陶瓷可过滤熔融钢水或高温燃气； ④ 具有高度开口、连的气孔； ⑤ 几何表面积与体积比高； ⑥ 孔道分布较均匀，气孔尺寸可控，在孔径为 0.05 ~ 600 um 围，可以制出所选定孔道尺寸 的多孔陶瓷制品。 多孔陶瓷的制备与应用 制备 3.1粒状陶瓷的制备：粒状陶瓷一般是将粒状陶瓷骨料和玻璃质、粘土质粘结剂与成孔剂 混合、成型、干 燥、烧成。其中，骨料包括 AI2O3、SiC 和玻璃等 3.2 蜂窝陶瓷的制备：蜂窝陶瓷是采用机械加工方法制成许多平行直线开孔，孔径 的薄壁多孔结构。 3.3 泡沫陶瓷的制备：泡沫陶瓷的结构是在三维空间重复的十二面体复杂图形。泡沫陶瓷 气孔尺寸围可从1.2孔/cm 的最大孔到39.37孔/cm 的极细孔。它采用特别严密的软质泡沫 塑料（如聚氨酯）为载体，进而加工成所需形状、尺寸等。 应用： 1在金属熔体过滤净化技术中的应用 2精过滤技术在其他领域的应用 3作催化剂载体4 超导材料的两个基本特征 应用: 流的强电应用和电子学 氐（鬲电），应用两个方 （超导计算机）、超导 1~10mm 作敏感元件5作为隔膜材料6降低噪声7用于布气 纳米陶瓷 定义：纳米陶瓷是指在陶瓷材料的显微结构中，晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺 寸、缺陷尺寸等都处于纳米水平的一类陶瓷材料。 纳米陶瓷的制备：纳米陶瓷的制备包括纳米粉体、纳米薄膜及纳米块体材料的制备。其中 主要是纳米块体陶瓷材料的制备。 块体纳米晶材料的制备方法主要有以下两种方式： 第一种是由小变大（纳米微粒烧结成块体纳米晶材料）。即先由惰性气体冷凝法、沉淀法、溶胶--凝胶法、机械球磨法等工艺制成纳米粉，然后通过原位加压、热等静压，激光压缩、微波放电等离子等方法烧结成大块纳米晶材料。 第二种方式是由大变小，即非晶晶化法，使大块非晶变成大块纳米晶材料，或利用各种沉积 技术（PVD CVD等）获得大块纳米晶材料。 纳米陶瓷的结构与性能 结构：①具有长程有序、不同晶相的晶粒组元；②晶粒间的界面组元。纳米陶瓷的结构也一样包含纳米量级的晶粒、晶界和缺陷。 在界面组元中，其特点是：①原始密度降低；②最邻近原子配位数变化；③晶界结构在纳米材料中占的比例较高。 陶瓷是由晶粒和晶界组成的一种多晶烧结体 性能：纳米材料的超细晶粒、高浓度晶界以及晶界原子邻近状况决定了它们具有明显区别于 无定形态、普通多晶和单晶的特异性能。 1. 扩散和烧结性能：纳米晶体材料具有较高的扩散率，较高的扩散率对蠕变、超塑性、离子 导电性等力学和电学性能有显著的影响。扩散能力的增强产生的另一个结果是可以使纳米材 料的烧结温度大大降低。 2. 力学性能：纳米陶瓷的基本特征是晶粒尺寸非常小，晶界占有相当大的比例，并且纯度高， 可使陶瓷材料的力学性能大为提高。 3超塑性：纳米陶瓷晶粒细化，晶界数量大幅度增加，扩散性高，可提高陶瓷材料的韧性和产生超塑性。4、电学性质5、光学性质 生物陶瓷 何谓生物陶瓷，生物陶瓷：用于人体器官替换、修补以及外科矫形的陶瓷材料。 生物陶瓷具有的功能：具有良好的力学性能，在体难于溶解，不易氧化，不易腐蚀变质，热稳定性好，耐磨且有一定的润滑性，和人体组织亲和性好，组成围宽，易于成型等。1、生物惰性陶瓷，具有优异的生物相容性，能与骨形形成结合面，结合强度高，稳定性好，参与代谢。2、生物活性陶瓷，物理、化学性能稳定，在生物体完全呈惰性状态。 生物陶瓷按用途分类 ①人工骨或人造关节 ②运动系统的人工脏器（如心脏辩膜）材料 ③形态修复和整形外科材料 ④人造牙根和假牙 ⑤人工肝脏的吸附材料（活性碳）； ⑥固定酶载体（多孔玻璃） ⑦诊断仪器的温度、气体、离子传感器等材料 生物陶瓷按功能要求分类 根据生物陶瓷材料与生物体组织的关系，把它们可以分为三类： 惰性生物陶瓷。这种生物陶瓷在生物体与组织几乎不发生反应或反应很小，例如氧化铝陶瓷和蓝宝石、碳、氧化锆陶瓷、氮化硅陶瓷等； 活性生物陶瓷。在生理环境下与组织界面发生作用，形成化学键结合，系骨性结合。如羟基磷灰石等陶瓷及生物活性玻璃，生物活性微晶玻璃； 可被吸收的生物降解陶瓷，这类陶瓷在生物体可被逐渐降解，被骨组织吸收，是一种骨的重 建材料，例如磷酸三钙等。 生物陶瓷的特性与不足 硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、广泛应用、生物性能好、着色性能好 脆性材料，抗冲击性能差，易断裂。 如何解决这些不足？ 采用多孔氧化铝则可较好的解决氧化铝陶瓷与骨头结合不好而使植入体固定，保证了植入物与骨头的良好结合。但这样会降低陶瓷的机械强度，多孔氧化铝陶瓷的强度随空隙率的啬而 急剧降低。因此，只能用于不负重或负重轻的部位； 为改善多孔氧化铝陶瓷植入体的强度，可采用将金属与氧化铝复合的方法，在金属表面形成多孔性氧化铝薄层，这种复合材料既能保证强度、又能形成多孔性； 空隙大小对骨长入十分重要，孔径为10~40卩m时，只有组织长入，而没有骨质长入。当孔 径在75~100卩m时，则连接组织长入。骨质完全长入的孔径为100~200卩m 功能陶瓷材料总复习 功能陶瓷材料总复习 绪论 什么是功能陶瓷？常见的功能陶瓷的分类、特性与用途。 1、定义：指具有电、磁、光、声、超导、化学、生物等特性，且具有相互转化功能的一类陶瓷。 2、分类：电容器陶瓷、压电、铁电陶瓷、敏感陶瓷、磁性陶瓷、导电、超导陶瓷、生物与抗菌陶瓷、发光与红外辐射陶瓷、多孔陶瓷。 3、特性：性能稳定性高、可靠性好、资源丰富、成本低、易于多功能转化和集成化等 4用途：在自动控制、仪器仪表、电子、通讯、能源、交通、冶金、化工、精密机械、航空航天、国防等部门均发挥着重要作用。举例：电容器陶瓷、谐振器元器件基材料、压电式动态力传感器、压电式振动加速度传感器。 介电陶瓷 以感应的方式对外电场作出响应，即沿着电场方向产生电偶极矩或电偶极矩的改变，这类材料称为电介质 各种极化机制以及频率范围。 极化机制：电子极化、离子极化、偶极子极化、空间电荷极化 松弛极化 频率范围： 铁电体， 晶体在某温度范围内具有自发极化Ps,且自发极化Ps的方向能随外电场而取向，称为铁电体。材料的这种性质称为铁电性。 电畴:铁电体中自发极化方向一致的微小区域 铁电体的特性:铁电体特性包括电滞回线Hysteresis loop、电畴Domains、居里点Tc及居里点附近的临界特性。 电滞回线: 铁电体的P 滞后于外电场E而变化的轨迹（如图 居里点Tc:顺电相→铁电相的转变温度 T>Tc 顺电相 T 新型陶瓷材料的应用与 发展 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998 新型陶瓷材料的应用与发展摘要：本文首先简单介绍了传统陶瓷材料向现代新型陶瓷材料转变的过程，新型陶瓷材料克服了传统陶瓷本身内部的缺陷，故使其性能大大提高，扩大了应用领域。然后论述了新型陶瓷材料分为结构陶瓷和功能陶瓷，以及它们耐高温、生物相容性能、电磁性、质量轻等特性及各自的应用领域，重点讨论了新型陶瓷材料在航空航天、军事、生物工程、电子工业等的应用，最后简单说明了新型陶瓷材料的近况和发展趋势。 关键字：新型陶瓷材料应用发展 引言：在当今科技高度发展的工业社会,每一项工业化的成就都与材料科学、材料的制造及实际使用有着密不可分的关联,它使得某些新的科学设想、构思及生产过程得以实现。离开了材料科学与材料工业,世界上的许多科学创造和发明都是难以实现或达到的。陶瓷材料是继金属材料,非金属高分子材料之后人们所关注的无机非金属材料中最重要的一种，因为它同时兼有金属和高分子材料两者的共同优点,此外在不断的改性过程中,已使它的易碎裂的性能有了很大的改善。因此,它的应用领域和各类产品都有一个十分明显的提高。 1.传统陶瓷材料到新型陶瓷材料的演变 陶瓷一词(Ceramics) 来源于古希腊Keramos 一词,意为地球之神。传统的陶瓷材料含意很广泛,它主要指铝、硅的氮化物,碳化物,玻璃及硅酸盐类。虽然传统陶瓷具有一定的耐化学腐蚀特性和较高的电阻率、熔点高,可耐高温,硬度高,耐磨损,化学稳定性高,不腐蚀等优点。但它也存在着塑料变形能力差,易发生脆性破坏和不易加工成型等缺点,这些原因大大地限制了在工业的应用范围，特别是在机械工业上的应用。而在电器上的应用也主要局限在高压电瓷瓶及其绝缘体部件等少数几个方面。 为此人们开展对传统的陶瓷材料进行改性研究和有关材料的人工合成开发,现代合成技术已经能够通过物理蒸发溅射(Vapor processing) 溶液法(Aqueous precipitation) 溶胶—凝胶技术(Solgel-technology) 及其它先进技术改造传统陶瓷或人工合成极少缺陷的陶瓷材料,其中较为重要的有Si3N4 ,A12O3 等。合成的陶瓷材料与传统陶瓷材料相比，它的性能大大提高,与其它材料相比,在同样强度下这些材料具有良好的化学、热、机械及摩擦学(tribology)特性。它质轻,可以耐高温,硬度高,抗压强度有时超过金属及合金,具有较强的抗磨性和化学隋性、电及热的绝缘性都相当好,特别是由于采用纯净材料,消除了缺陷( eliminate-defects) , 它的易脆性( brittleness) 得到了极大的改善,因此其应用,特在现代机械业的应用日益广泛。目前巳有大量的新型陶瓷材料被用于工业高温抗磨器件、机械基础元器件,除此之外,电子及电信行业,生物医疗器件乃至于陶瓷记忆材料,超导陶瓷等应用都与新型陶瓷材料的研制与开发有关。 2.新型陶瓷材料特性与分类 新型陶瓷材料按照人们目前的习惯可分为两大类，即结构陶瓷（Structural ceramics）（或工程陶 瓷）和功能陶瓷（ Functional ceramics），将具有机械功能、热功能和部分化学功能的陶瓷列为结构陶瓷， 而将具有电、光、磁、化学和生物体特性，且具有相互转换功能的陶瓷列为功能陶瓷。随着科学技术的发展， 各种超为基数和符合技术的运用，材料性能和功能相互交叉渗透，确切分类已经逐渐模糊和淡化。根据现代科 学技术发展的需要，通过对材料结构性能的设计，新型陶瓷材料的各种特性得到了充分的体现。 3.新型陶瓷的应用与发展 新型陶瓷是新型无机非金属材料, 也称先进陶瓷、高性能陶瓷、高技术陶瓷、精细陶瓷, 为什么能得到高 速发展, 归纳起来有四方面原因：①具有优良的物理力学性能、高强、高硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、抗热震 而且在热、光、声、电、磁、化学、生物等方面具有卓越的功能, 某些性能远远超过现代优质合金和高分子材料, 因而登上新材料革命的主角地位, 满足现代科学技术和经济建设的需要。②其原料取于矿土或经合成而得, 蕴藏量十分丰富。③产品附加值相当高, 而且未来市场仍将持续扩展。④应用十分广泛, 几乎可以渗透到各 行各业。 应用领域 功能陶瓷主要在绝缘、电磁、介电以经济光学等方面得到广泛应用；结构陶瓷除了耐低膨胀、耐磨、耐腐 蚀外，还有重量轻、高弹性、低膨胀、电绝缘性等特性。因而在很多领域得到应用应该是以陶瓷燃气轮机为代 表的耐高温陶瓷部件陶瓷广泛用于道具及模具等耐磨零件，这方面的应用主要是利用陶瓷的高硬度、低磨耗 性、低摩擦系数等特性。另一方面，陶瓷材料具有其他材料所没有的高刚性、重量轻、耐蚀性等特性，从而被 有效地应用在精密测量仪器和精密机床等上面。另外，因为陶瓷材料具有很好的化学稳定性和耐腐蚀性，在生 物工程以及医疗等方面也得到广泛的应用。下面将分几方面来介绍新型陶瓷材料的应用领域。 1)航空航天材料:陶瓷基复合材料（Ceramic Matrix Composites） 当前耐高温材料已经成为航天先进材料中的由此岸优先发展方向，材料在高温下的应用对航天技术特别 是固体火箭等领域具有极其重要的推动作用。随着航空技术的发展气体涡轮机燃烧室中燃气的温度要求越来越高，并更紧密地依赖于高温材料的研究开发，而先进陶瓷及其陶瓷基复合材料具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀质 量轻等优异性能，是最具有希望代替金属材料用于热端部件的候选材料[4]。为此世界各国开展对陶瓷发动机的 研究工作。美、欧、日等越来越多的人体涡轮机设计者们开始用陶瓷基复合材料来制作旋转件和固定件。当前 对高温结构陶瓷的研究主要集中于Sic、Si3N4、Al2O3和ZrO2等，尤其以Si3N4高温结构陶瓷最引人注目。这类 陶瓷的综合性能较突出，它们有良好的高温强度，已经在航空涡轮发动机等方面得到了应用，非常适用于制作 功能陶瓷材料概述 功能陶瓷由于其在电、磁、声、光、热、力等方面优异的性能，广泛应用于电子电力、汽车、计算机、通讯等领域，在科学技术发展和实际生产生活中发挥着越来越重要的作用。主要阐述了功能陶瓷电学、光学、磁学、声学、力学等基本性质，并介绍了功能陶瓷的种类和应用以及未来发展趋势。 标签： 功能陶瓷；性质;应用 1 前言 功能陶瓷是具有电、磁、声、光、热、力、化学或生物功能等的介质材料。它有别于我们所熟知的日用陶瓷、艺术陶瓷、建筑陶瓷等，而是指在电子、微电子、光电子信息和自动化技术以及能源、环保和生物医学领域中所使用的陶瓷材料。功能陶瓷以其独特的声、光、热、电、磁等物理特性和生物、化学以及适当的力学等特性，在相应的工程和技术中发挥着关键作用，如制造电子线路中电容器用的电介质瓷，制造集成电路基片和管壳用的高频绝缘瓷等。 2 功能陶瓷基本性质 功能陶瓷是利用其对电、光、磁、声、热等物理性质所具有的特殊功能而制造出的陶瓷材料。其电学、光学、磁学、声学、热学、力学等性质是研究和运用的重点。功能陶瓷的这些性质与其组成、结构和工艺等有着密切关系。 功能陶瓷电学性质可以用电导率、介电常数、击穿电场强度和介质损耗来表示，是功能陶瓷材料很重要的基本性质之一。光学性质指其在可见光、红外光、紫外光及各种射线作用时表现出的一些性质。表征磁学性质的参数有磁导率、磁化率、磁化强度、磁感应强度等。材料在外力作用下都会发生相应的形变甚至破坏，有必要研究材料的力学性能，功能陶瓷材料也具有弹性模量、机械强度、断裂韧度等表征力学性能的参数。 3 功能陶瓷种类及其应用 功能陶瓷的发展始于20世纪30年代，经历从电介质陶瓷→压电铁电陶瓷→半导体陶瓷→快离子导体陶瓷→高温超导陶瓷的发展过程，目前已发展成为性能多样、品种繁多、使用广泛、市场占有份额很高的一大类先进陶瓷材料。目前已经研究比较深入并大量使用的功能陶瓷有绝缘陶瓷、介电陶瓷、压电陶瓷、半导体陶瓷、敏感陶瓷、磁性陶瓷、生物陶瓷和结构陶瓷等，下面将介绍几种主要的功能陶瓷及其应用。 3.1 绝缘陶瓷 功能陶瓷材料的分类及发展前景 功能陶瓷是指在应用时主要利用其非力学性能的材料，这类材料通常具有一种或多种功能。如电、磁、光、热、化学、生物等功能，以及耦合功能，如压电、压磁、热电、电光、声光、磁光等功能。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应用。 1.电子陶瓷 电子陶瓷包括绝缘陶瓷、介电陶瓷、铁电陶瓷、压电陶瓷、热释电陶瓷、敏感陶瓷、磁性材料及导电、超导陶瓷。根据电容器陶瓷的介电特性将其分为６类：高频温度补偿型介电陶瓷、高频温度稳定型介电陶瓷、低频高介电系数型介电陶瓷、半导体型介电陶瓷、叠层电容器陶瓷、微波介电陶瓷。其中微波介电陶瓷具有高介电常数、低介电损耗、谐振频率系数小等特点，广泛应用于微波通信、移动通信、卫星通信、广播电视、雷达等领域。 2.热、光学功能陶瓷 耐热陶瓷、隔热陶瓷、导热陶瓷是陶瓷在热学方面的主要应用。其中，耐热陶瓷主要有Al2O3、MgO、SiC等，由于它们具有高温稳定性好，可作为耐火材料应用到冶金行业及其他行业。隔热陶瓷具有很好的隔热效果，被广泛应用于各个领域。 陶瓷材料在光学方面包括吸收陶瓷、陶瓷光信号发生器和光导纤维，利用陶瓷光系数特性在生活中随处可见，如涂料、陶瓷釉。核工业中，利用含铅、钡等重离子陶瓷吸收和固定核辐射波在核废料处理方面广泛应用。陶瓷还是固体激光发生器的重要材料，有红宝石激光器和钇榴石激光器。光导纤维是现代通信信号的主要传输媒介，具有信号损耗低、高保真性、容量大等特性优于金属信号运输线。 透明氧化铝陶瓷是光学陶瓷的典型代表，在透明氧化铝的制造过程中，关键是氧化铝的体积扩散为烧结机制的晶粒长大过程，在原料中加入适当的添加剂如氧化镁，可抑制晶粒的长大。其可用作熔制玻璃的坩埚，红外检测窗材料，照明灯具，还可用于制造电子工业中的集成电路基片等。 3.生物、抗菌陶瓷 生物陶瓷材料可分为生物惰性陶瓷和生物活性陶瓷，生物陶瓷除了用于测量、诊断、治疗外，主要是用作生物硬质组织的代用品，可应用于骨科、整形外科、口腔外科、心血管外科、眼科及普通外科等方面。抗菌材料主要应用于家庭用品、家用电器、玩具及其他领域， 功能陶瓷材料总复习 绪论 什么是功能陶瓷？常见的功能陶瓷的分类、特性与用途。 1定义：指具有电、磁、光、声、超导、化学、生物等特性，且具有相互转化功能的一类陶瓷。 2、分类：电容器陶瓷、压电、铁电陶瓷、敏感陶瓷、磁性陶瓷、导电、超导陶瓷、生物与抗菌陶瓷、发光与红外辐射陶瓷、多孔陶瓷。 3、特性：性能稳定性高、可靠性好、资源丰富、成本低、易于多功能转化和集成化等 4用途：在自动控制、仪器仪表、电子、通讯、能源、交通、冶金、化工、精密机械、航空航天、国防等部门均发挥着重要作用。举例：电容器陶瓷、谐振器元器件基材料、压电式动态力传感器、压电式振动加速度传感器。 介电陶瓷 以感应的方式对外电场作出响应，即沿着电场方向产生电偶极矩或电偶极矩的改变，这类材料称为电介质 各种极化机制以及频率围。 极化机制：电子极化、离子极化、偶极子极化、空间电荷极化 频率围： 铁电体， 晶体在某温度围具有自发极化Ps,且自发极化Ps的方向能随外电场而取向，称为铁电体。 材料的这种性质称为铁电性。 电畴：铁电体中自发极化方向一致的微小区域 铁电体的特性:铁电体特性包括电滞回线Hysteresis loop、电畴Domains、居里点Tc及居 里点附近的临界特性。 电滞回线：铁电体的P滞后于外电场E而变化的轨迹（如图 居里点Tc:顺电相T铁电相的转变温度 T>Tc 顺电相T 生活中的陶瓷材料及其应用 【摘要】陶瓷材料在我们的生活中早已应用到了各个方面，比如塑料、木材、水泥三大传统基本材料，陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。可用作结构材料、刀具材料，由于陶瓷还具有某些特殊的性能，又可作为功能材料。随着社会的进步，人们对材料的要求也越来越高，这种表现不仅表现在对科学研究领域，也表现在人们的日常生活当中。材料的进步很大程度上推动了社会的进步，而社会的需求反过来也有力的推进了材料科学的发展。拿陶瓷材料来说，陶瓷材料已经贯穿了人类的历史，并且随着历史不停的发展，在材料科学领域崭露头角。 【关键字】陶瓷材料应用发展 陶瓷材料分为普通陶瓷材料和特种陶瓷材料，普通陶瓷材料采用天然原料如长石、粘土和石英等烧结而成，是典型的硅酸盐材料，主要组成元素是硅、铝、氧，这三种元素占地壳元素总量的90%，普通陶瓷来源丰富、成本低、工艺成熟。这类陶瓷按性能特征和用途又可分为日用陶瓷、建筑陶瓷、电绝缘陶瓷、化工陶瓷等。特种陶瓷材料采用高纯度人工合成的原料，利用精密控制工艺成形烧结制成，一般具有某些特殊性能，以适应各种需要。根据其主要成分，有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金属陶瓷等；特种陶瓷具有特殊的力学、光、声、电、磁、热等性能。其特点有力学性能、热性能、电性能、化学性能、光学性能，根据用途不同，特种陶瓷材料可分为结构陶瓷、工具陶瓷、功能陶瓷。 而我们专业是地理信息系统与其陶瓷材料的联系真的不多，所以在这里就不详细的指出了。陶瓷材料在工程上的应用要数工程塑料了目前，主要的工程塑料制品已有10多种，其中聚酸胺、聚甲醛、聚磷酸酯、改性聚苯酸和热塑性聚酯被称为五大工程塑料．它们的产量较大．价格一般为传统通用塑料的2—6倍．而聚摧硫酸等特种工程塑料的价格为通用塑料的5一10倍。以塑料代替钢铁、木材、水泥三大传统基本材料，可以节省大量能源、人力和物力。陶瓷材料也可合成橡胶的开发利用，由于生产合成橡胶的原料丰富，其良好的性能又可以满足当代科技发展对材料提出的某些特殊要求，所以合成橡胶出现几十年来，品种已很丰富，一般可将其分为通用合成橡胶和特种合成橡胶两类。通用合成橡胶性能与天然橡胶相似，用于制造一般的橡胶制品，如各种轮胎、传动带、胶管等工业用品和雨衣、胶鞋等生活用品。特种合成橡胶具有耐高温、耐低温耐酸碱等优点，多用于特殊环境和高科技领域，如航空、航天、军事等方面。陶瓷材料在合成纤维的开发利用方面合成纤维的品种有几十种，但最常见的是六大种：聚酸胺纤维、涤纶、腈纶、丙纶、维纶、氨纶。高分子合成材料具有质量小、绝缘性能好等特点，所以发展很快，但又都有先天不足，即它们都在不同程度上对氧、热和光有敏感性。但是，随着高技术的迅速发展，高分子合成材料的大军必将在经济生活中扮演举足轻重的角色。陶瓷材料中已崛 功能陶瓷的简单介绍 功能陶瓷是具有电、磁、声、光、热、化学及生物体特性，具有相互转化功能的陶瓷。它主要是利用纳米技术使陶瓷的性能发生改变的。 热学功能陶瓷、生物功能陶瓷、化学功能陶瓷、电磁功能陶瓷、光学功能陶瓷，还是在涂层/薄膜和复合材料死当今比较主要的几种功能陶瓷。 生物功能陶瓷 在生物功能陶瓷方面: 利用纳米技术生产的纳米抗菌材料有三类:一类Ag+系抗菌材料（当高价银离子与细菌接触时使细菌体内的蛋白质变性。）;第二类是是ZnO,Tio2:等光触媒型纳米抗菌材料（通过催化反应，将细菌的尸体分解得一干二净，一般还有除臭，自洁，防霉，防锈，高效防老化，全能净化空气，自造“负离子雨林”气候等功能）;第三类是C-18A纳米蒙脱土等无机材料。将前两类加人陶瓷中可制成对病菌、细菌有强的杀菌和抑菌作用的陶瓷产品。北京陶瓷厂和日本东陶机器株式会社合资生产的高档卫生洁具“TOTO”产品，即是应用这一技术生产的具有抗菌性能的卫生洁具。生物陶瓷材料亦可作为作为无机生物医学材料，且没有毒副作用，与生物组织有良好的生物相容性、耐腐蚀性等优点，已越来越爱人们的重视。 主要有以下几种活性材料； （1）羟基磷灰石生物活性材料。人工听小骨羟基磷灰石听小骨临床应用效果优于其它各种听小，具有优良的声学性质，平均提高病人的听力20-30db。在特定语言频率范围提高45-60db。微晶与人体及生物关系密切，在生物和医学中已有成功应用，利用ha 微晶能使细胞内部结构发生变化，抑制癌细胞生长和增殖，可望成为治疗癌症的“新药”。（2）磷酸钙生物活性材料。磷酸钙又称生物无机骨水泥，是一种广泛用于骨修补和固定关节的新型材料。有望部分取代传统的pm-ma有机骨水泥。国内研究抗压强度已达到60mpa以上；磷酸钙陶瓷纤维：磷酸钙陶瓷纤维具有一定机械强度和生物活性，可用于无机骨水泥的补强及制务有机与无机复合型植入材料。 （3）磁性材料。生物磁性陶瓷材料主要为治疗癌症用磁性材料，植入肿瘤灶内，在外部交变磁场的作用下，产生磁滞热效应，导致磁性材料区域内局部温度升高，借以杀死肿瘤细胞，抑制肿瘤的发展。 MLCC：积层陶瓷晶片电容（Multiplayer Ceramic Chip Capacitors） 称雄电容器市场 MLCC(多层陶瓷电容器)是各种电子、通讯、信息、军事及航天等消费或工业用电子产品的重要组件。MLCC由于其小体积、结构紧凑、可靠性高及适于SMT技术等优点而迅猛发展。目前，电容器市场无论从数量上还是市场潜力上来看都以陶瓷电容器份额最大。 全球MLCC产量随着IT产业的发展而不断增长，国内产量占全球产量的比例近年来也有较大的增长，我国已经逐渐成为世界MLCC的制造大国。 目前MLCC的国际上的发展趋势是微型化、高比容、低成本、高频化、集成复合化、高可靠性的产品及工艺技术。 当前MLCC需求的热点主要集中在手机、P4主板、DVD、数码相机和PS2游戏机等。手机对MLCC的要求特点是：数量大、尺寸小、质量高。在手机应用领域里，日商凭借技术上的绝对优势基本垄断市场。国内企业在手机配套实力明显不足。 片式陶瓷电感器： 电感元件发展方向 多层片式电感类元件包括了一大类具有叠层式介质/线圈结构的新型电子元件，是电感类元件发展的方向，也是三大类无源片式元件中技术含量最高的一大类。目前，这类元件已形成了规模相当大的产业和近百亿美元的国际市场。片式电感器的主要应用领域包括移动通信、计算机、音像产品、家电、办公自动化等。大屏幕彩电等新型家电产品也是片式电感器的重要应用领域。预计在今后若干年中，随着第三代移动通信技术、数字电视、高速计算机、蓝牙产品等新一代数字化电子产品的推出和世界各国EMI控制标准的相继制定，对各种片式电感类元件，特别是抗EMI类片式电感元件的需求将急剧上升。因此从整体上看，片式电感器的市场前景将十分看好。 片式电感器的生产企业主要分布在日本、美国、欧洲、韩国、我国的台湾和珠江三角洲地区。日本是生产片式电感器最早的国家，TDK、村田、Tokin和太阳诱电都是具有大规模生产能力的厂商。其中TDK占全球片式电感市场的32%，村田的市场占有率是18%，太阳诱电为16%。 目前片式电感器元件发展的主要趋势是：抗电磁干扰成为片式电感类材料的主要应用领域； 高感量和大功率；高频化；集成化。 片式微波电容器： 快速渗透通信领域 陶瓷电容器除在技术上继续向小尺寸、大容量、介质薄层化方向发展外，高频化也是一个重要的发展方向。为了满足通信设备的高频化对电子元器件的强劲需求，高电流承载能力的 压电陶瓷材料及应用 一、概述 1.1电介质 电介质材料的研究与发展成为一个工业领域和学科领域，是在20世纪随着电气工业的发展而形成的。国际上电介质学科是在20世纪20年代至30年代形成的，具有标志性的事件是：电气及电子工程师学会（IEEE）在1920年开始召开国际绝缘介质会议，以后又建立了相应的分会（IEEE Dielectric and Electrical Insulation Society）。美国MIT建立了以Hippel教授为首的绝缘研究室。苏联列宁格勒工学院建立了电气绝缘与电缆技术专业，莫斯科工学院建立了电介质与半导体专业。特别是德国德拜教授在20世纪30年代由于研究了电介质的极化和损耗特性与其分子结构关系获得了诺贝尔奖，奠定了电介质物理学科的基础。随着电器和电子工程的发展，形成了研究电介质极化、损耗、电导、击穿为中心内容的电介质物理学科。 我国电介质领域的发展是在1952年第一个五年计划制定和实行以来，电力工业和相应的电工制造业得到迅速发展，这些校、院、所、首先在我国开展了有关电介质特性的研究和人才的培养，并开出了“电介质物理”、“电介质化学”等关键专业课程，西安交大于上海交大、哈尔滨工大等院校一道为我国培养了数千名绝缘电介质专业人才，促进了我国工程电介质的发展。80年代初中国电工技术学会又建立了工程电介质专业委员会。 近年来，随着电子技术、空间技术、激光技术、计算机技术等新技术的兴起以及基础理论和测试技术的发展，人们创造各种性能的功能陶瓷介质。主要有： （1）、电子功能陶瓷如高温高压绝缘陶瓷、高导热绝缘陶瓷、低热膨胀陶瓷、半导体陶瓷、超导陶瓷、导电陶瓷等。 （2）、化学功能陶瓷如各种传感器、化学泵等。 （3）、电光陶瓷和光学陶瓷如铁电、压电、热电陶瓷、透光陶瓷、光色陶瓷、玻璃光纤等。（电介质物理——邓宏） 功能陶瓷的应用及其发展 读完了功能陶瓷材料及其应用研究进展，让我对功能陶瓷的应用面之广泛，对现代各行各业的需求之大，和未来发展前景之活跃有了新的认识和感受，也让我了解到了许多有关功能陶瓷的知识，真是受益匪浅。 功能陶瓷的发展始于20世纪30年代，现在已发展成为性能多样，品种繁多，使用广泛，市场占有份额很高的一大类先进陶瓷材料。近十年来，功能陶瓷最新材料探索，现有材料潜在功能的开发和材料、器件一体化以及应用等方面都取得了突破性的进展，成为材料科学和工程中最活跃的研究领域之一，也成为现代微电子技术、光电技术、计算技术、激光技术等需对高技术领域的重要基础材料。摘要主要介绍铁电、压电等功能陶瓷及其片式元件应用研究的若干新进展。在铁电陶瓷及其高性能片式元器件中，多层片式陶瓷电容器是一种量大面广的重要点子元器件, 广泛用于电子信息产品的各种表面贴装电路中。在压电陶瓷及其新型压电元器件中，基于过渡液相烧结机制, 通过精选材料组成体系和添加物改性, 研制了一系列高性能与低温烧结兼优的压电 陶瓷材料。而低烧软磁铁氧体及其片式电感器，以高性能低烧软磁铁氧体材料为介质的多层片式电感器是电感类元件发展的方向。目前这类元件已形成了规模相当大的产业和市场。片式电感器的主要应用领域包括移动通信、计算机、音像产品、家电、办公自动化等。关于新型微波介质陶瓷材料及元器件，近年来, 通信技术的高速发展, 大大推动了电子元器件向小型化、片式化和高频化方向发展的进程, 除传统的片式电容、片式电感和片式电阻等表面贴装元件外, 微波陶瓷器件也正向片式化、微型化甚至集成化方向发展。 综上面所述，功能陶瓷的先进性将给我们带来翻天覆地的变化，从航空航天到日常生活，功能陶瓷都给我们带来着意想不到的便捷和憧憬。举一个例子，随着第代移动通信技术、数字电视、高速计算机、蓝牙产品等新一代数字化电子产品的推出和世界各国电磁干扰控制标准的相继制订, 对各种片式电感类元件, 特别是抗类片式电感元件的需求将急剧上升。为适应高感量和大功率片式电感器的市场需求, 必须研制具有更高磁导率、适应叠层式电感器工艺要求的新一代低烧软磁铁氧体材料，所以在此方面，功能陶瓷的需求是不会断流的。 由于现代陶瓷学理论的发展，高性能结构陶瓷的研究已摆脱以经验式研究为主导的方式，陶瓷制备科学的日趋完善以及相应学科与技术的进步，使陶瓷材料研究工作者们有能力根据使用上提出的要求来判断陶瓷材料的适应可能性，从而对陶瓷材料进行剪裁与设计，并最终制备出符合使用要求的适宜材料。 对于功能陶瓷的前景，我们没有理由能阻止它前进，我们期待着更多先进的功能陶瓷的出现。 信息功能陶瓷材料及应用 材料五班石海军信息材料－是为实现信息探测、传输、存储、显示和处理等功能而使用的材料。〔信息就是用符号、信号或消息所包含的内容，来消除客观事物认识的不确定性。〕信息材料包括：信息探测材料，信息传输材料，信息存储材料，信息处理材料。 信息探测材料：对电、磁、光、声、热辐射、压力变化或化学物质敏感的材料。可用来制成传感器，用于各种探测系统，如电磁敏感材料、光敏材料、压电材料等。 信息传输材料：主要用于对电子信息的传输，如光纤、电缆等等。 信息存储材料：包括磁存储材料、光存储材料、磁光存储材料、相变存储材料、铁电介质存储材料、半导体动态存储材料等等。 信息处理材料：包括对各种电子信息的处理、加工以及转换，使其发挥相应功能的材料。 按材料种类分类：半导体信息材料，信息功能陶瓷材料，有机信息材料信息薄膜材料，等等. 信息功能陶瓷材料〔陶瓷是以无机非金属矿物为主要原料以及各种天然矿物经过粉碎混炼、成型和煅烧制得的材料以及各种制品。〕 信息功能陶瓷的制备工艺：氧化物法/固相反应烧结法，湿化学法，复合法。 氧化物法/固相反应烧结法。优点：工艺成熟、成本低廉，适合于批量化大生产。缺点：材料成分容易偏析，性能难以精确控制。 1原料的选择与处理 选择原料是非常重要的环节，因为原料的纯度、活性与结晶结构是影响产品性能的重要因素。原料是直接参加固相反应并生成功能陶瓷的组成成分，从而从根本上决定着材料的性能。不同产地的原料或即使是相同厂家的原料在纯度、活性、颗粒形状和粒径分布、杂质含量等方面差别很大，进而对陶瓷的性能产生较大的影响。 2计算、配料 原料确定后，配方就是决定产品性能的关键了，选择不同的配方就意味着得到不同性能的材料。具体的配方多数是在系统研究的成果和理论的定性指导下按照使用要求确定的。 3一次球磨 球磨是影响产品质量的重要工序。一次球磨得目的主要是混合均匀，以利于预烧时固相反应完全。球磨中通过介质球与原料的撞击、碾压、摩擦将粉料磨细并混合均匀，粉料比表面积上升，自由能上升，从而使烧结时固相反应加快而且完全。球磨时要合理的选择球磨介质以及介质大小的配比，料、球和水的配比、球磨的时间等，以提高球磨质量和效率。 4预烧 预烧通常指低于烧结温度下将一次球磨后的粉料煅烧数小时(一般在700～1200℃保温几个小时)，主要目的是为了使各种氧化物初步发生化学反应，减少烧结时产品的收缩率。预烧温度的选择对于控制收缩率、粉料活性以及最终烧结温度的确定都有很大影响。 5二次球磨 预烧过的粉料会出现结块，经过破碎后，加入适量的添加剂，要进行二次球磨。二次球磨的主要作用是将预烧料碾磨成一定颗粒尺寸的的粉体，使粉料的粒径分布较窄，以利于成型。 二次球磨的时间对材料电磁性能有很大的影响，球磨时间太短，则粉料粒径偏大，球磨时间太长，不但对粉料粒径影响不大，反而会带入杂质，从而降低材料的性能。 6造粒 为了提高成型效率与产品质量，需要将二次球磨后的粉料与稀释的粘合剂混合，研磨混合均匀后，过筛成一定尺寸的颗粒。造粒后的粉料要求有一定的分散性、流动性要好，非常细的颗粒要少，这样成型时就能很快地流进并填满模具内的空间，这样有利于成型样品的均匀性。 V〇1.23,N〇.12,2016新型功能陶瓷材料的分类与应用 刘炫志 (湖南省长沙市明德中学，湖南长沙410008) 摘要：新型功能陶瓷具备耐磨、高强、耐腐的性能，在光电子技术、激光技术、光纤技术、微电子技术、超导技术的发展中起到了重要的作用，也是军事、国防工业的重要材料。随着经济的不断发展，陶瓷材料也不断更新，开始向新型功能方向迈进。主要针对新型功能陶瓷材料的分类与应用进行分析。 关键词：新型功能陶瓷材料；分类；应用 d〇i：10. 3969/j.issn.1006 -8554.2016.12.151 专题研究T E C H N O L O G Y A N D M A R K E T 〇引言 随着经济的不断发展，陶瓷材料也不断更新，开始向新型功能方向迈进。所谓的新型功能陶瓷指的是通过电、磁、光、声、热等信息进行检测、处理等的材料，在电子技术、激光技术中起着不可替代的作用，并得到推广和普及。电子材料的一个非常重要的分支便是功能陶瓷材料。新型陶瓷中的70%产值都来自于新功能陶瓷。在科技和技术的不断推动之下，新型功能陶瓷也迈向更加广阔的领域，不断运用到生活中的各方面，促进经济和社会更快更好发展。 1新型功能陶瓷材料的分类 随着时代的发展，陶瓷材料的种类越来越繁多，而且都是现代科技之下的产物。新型功能陶瓷材料根据功能的不同可以分为以下几种，常见的材料类型有导电陶瓷、半导体陶瓷、高温超导陶瓷、介电陶瓷、压电陶瓷、磁性陶瓷、纳米陶瓷、保健陶瓷等。随着技术的不断进步，其功能也在不断扩大和细分，陶瓷的功能和种类会更加的齐全，给人们的生活带来更多的便捷。 新型功能陶瓷材料可以分为结构陶瓷与功能陶瓷两个内容，其中，结构陶瓷就是具备热功能、机械功能、化学功能的陶瓷，具备电、磁、光、生物、化学特性的材料是功能陶瓷，在科技水平的发展下，各类学科之间相互渗透，功能陶瓷材料的性能也有了显著的提升。 2新型功能陶瓷材料的发展趋势和应用 2.1新型功能陶瓷材料的发展趋势 功能材料研究的范围非常广泛，不仅包括合成和制备，还包括结构和组成，性能和效能等。功能材料把电、磁、光等不同元素融人进去，使其材料产生特性。功能陶瓷就是通过电、磁等元素，使陶瓷发生效应。在日常生活中，很多的地方都会用到功能陶瓷，比如我们平常所使用的打火机，它的喷嘴就是功能陶瓷所构成的。还有，医院里的B超，其探头也是利用功能 陶瓷所制成的，功能陶瓷的使用越来越广泛。 随着科技的不断发展，能源的新功能也被挖掘出来。一些新的技术也应运而生，如电子技术、激光技术、传感技术等，随着这些技术的产生，现有的材料无法满足这些新技术的发展，必须生产出新型的材料来满足新的技术，这样研发新型功能材料就成为一个焦点。陶瓷材料有很多优点，如耐高温、耐腐蚀等都是陶瓷材料的显著优势，这也使得陶瓷材料开始向新功能迈进。现在，陶瓷材料成为一支不可小觑的力量，与金属材料、高分子材料相媲美，成为行业的佼佼者。同时，这三种材料相互融为一体，取长补短，互相依赖，在技术革命中成为重要的三支力量。2.2新型功能陶瓷材料的运用 随着现代技术的发展，陶瓷材料也开始向多功能发展，并 运用到生活中的每个领域，对新技术的发展也起到了促进性作 用。在现代，功能陶瓷具有很多的特征，如品种齐全，价格低 廉，功能齐备，技术性价比高等，这些使功能陶瓷迅速发展起 来，并得到了广泛运用。通过对陶瓷材料的研究发现，很多有 独特性能的功能陶瓷可以运用离子置换等方法进行调节和优 化，使其性能更完美。现在，学界已经开始着手改善陶瓷材料 功能，其研究重点包括几个方面。 1) 直接进行调节。对材料的组成进行直接调节，对陶瓷的内在品质进行优化，可以使用离子置换法添加不同杂质等，从 而使陶瓷的功能呈现出多样性。 2)改变外部条件。通过对工艺条件或者是陶瓷材料的性能进行改变，从而得到更加优质的功能陶瓷。 不管是从应用的广度来看，还是从市场占有的多少来看， 功能陶瓷将长期占据主导地位。所以，功能陶瓷在性能上会朝 着多功能、高效能等方向发展，在设备技术方面会朝着超细超 纯、薄膜技术等发展。总之，随着现代工业技术更新加快，对陶 瓷工业发展有很大的促进作用。在运用上，陶瓷产品也不断扩 大，所以，现代陶瓷一定会给我们的生活带来巨大变化，会让我 们的生活变得更加丰富多彩，必将在生活的每个方面呈现出夺 目的光芒。在我国发展新型功能陶瓷材料，一方面，可以引进 国外的先进技术，购买材料配方和专利技术，从而使陶瓷的潜 在功能得到充分的开发;另一方面，要对国外的先进技术进行 消化和吸收，转换成适合我国实际情况的技术，达到取长补短 的作用。 3结语 总之，要想使功能陶瓷材料组成、结构和性能、应用等得到 改善，就需要采取科学的措施促进功能陶瓷材料产业的有序发 展。在科技发展的浪潮中，陶瓷材料功能会不断被挖掘，使其 运用到各个领域中。新型功能陶瓷材料的性能会不断发展，呈 现出更加全面的功能，推动科技和社会进步，为社会的全面发 展奠定好基础。 参考文献： [1]闫学增，林文松，方宁象，等.金属封装陶瓷复合材料制备 方法的研究进展[J].轻工机械，2015(6). [2]曹爱红，刘粤惠，程小苏，等.陶瓷材料综合性实验的尝试 和分析[].化学工程与装备，2009(5). [3] 卢丹丽，何志平.热压烧结a-Sialon陶瓷的致密化过程和 显微结构研究[].陶瓷科学与艺术，2015(9). 232 功能陶瓷材料及其应用研究进展 发布时间：2008-02-29 https://www.sodocs.net/doc/6214677748.html,/ 多层压电变压器及其背光电源具有高功率密度、高转换效率、薄型化和低成本等特点。基于缺陷化学原理和无晶粒长大的致密化烧结动力学，制备了亚微米/纳米晶钛酸钡基陶瓷及其薄层化*金属内电极mlcc。研制了低烧铁氧体材料及其片式电感器。介绍了压电陶瓷超声徽马达的结构与特性。功能陶瓷是具有电、磁、声、光、热、力、化学或生物功能等的介质材料。功能陶瓷材料种类繁多，用途广泛，主要包括铁电、压电、介电、热释电、半导体、电光和磁性等功能各异的新型陶瓷材料。它是电子信息、集成电路、移动通信、能源技术和国防军工等现代高新技术领域的重要基础材料。 功能陶瓷及其新型电子元器件对信息产业的发展和综合国力的增强具有 重要的战略意义。电子信息技术的集成化和微型化的发展趋势，推动电子技术产品日益向微型、轻量、薄型、多功能和高可*的方向发展。功能陶瓷元器件多层化、片式化、集成化、模块化和多功能化以及高性能低成本是其发展的总趋势。本文着重介绍部分功能陶瓷及其片式元器件应用研究的新进展。 1.铁电陶瓷及其高性能片式元器件多层片式陶瓷电容器(mlcc)是一种量大面广的重要电子元器件，广泛用于电子信息产品的各种表面贴装电路中。大容量、薄层化、低成本、高可*等是mlcc发展的主要方向。mlcc是陶瓷介质材料、相关辅助材料以及精细制备工艺相结合的高技术产品。 陶瓷介质材料是影响mlcc诸多性能的关键因素。钛酸钡铁电陶瓷是mlcc 的主流材料。它在居里点附近虽然有较高的介电常数，但其温度变化率也较大。温度稳定型x7r mlcc是一种有广泛而重要用途的片式元件。如何保证高介电常数与低容温变化率兼优是一个技术难题。研究结果表明:通过添加物复合掺杂，控制烧结过程以形成化学成分不均匀的“芯(铁电相)-壳(顺电相)”结构，所制备的钛酸钡基x7r502 mlcc材料的室温介电常数可达5000左右，室温介电损耗小于1%，电阻率为1011ω?m。，击穿场强高于5 kv/mm，容温变化率小于或等于士10%。它为制备军用高可*大容量x7r mlcc提供了关键新材料。 发展新一代超薄型大容量*金属内电极mlcc对陶瓷材料和制备工艺提出了许多科学与技术方面的问题。mlcc的层厚由原来的几十微米降到几微米，甚至1-3μm。这对陶瓷介质材料的晶粒尺寸及微观结构的控制提出更高要求，即需要制备亚微米/纳米晶钛酸钡陶瓷。采用ni*金属内电极(base metal electrode, bme )制备mlcc,必须研制抗还原烧结钛酸钡陶瓷介质材料。由于ni/ni0的平衡氧分压很低，ni电极在氧化气氛中烧结极易氧化而失去电极作用。解决钛酸钡陶瓷在低氧分压气氛烧结而不被还原的缺陷化学原理为bme mlcc的实用化和产业化提供了理论与技术指导。 近年来，bme mlcc的产业化规模及其在片式多层陶瓷电容器的市场占有率不断增大，应用于高端产品的材料和技术仍是当前bme mlcc的研究热点和难点。采用高品质钛酸钡粉体和受主、施主以及稀土掺杂，通过独特的烧结工艺，制备了高性能亚微米晶钛酸钡x7r(302)抗还原瓷料。陶瓷晶粒100-400nm，室温介电常数2000-3600，击穿场强l0kv/mm，绝缘电阻率为1010ω?m，容温变化率小于或等于±12%,室温介电损耗小于0. 8%。所研制的x7r 302亚微米晶(300nm )* 陶瓷材料的分类及发展前景 学校: 太原理工大学 学院: 材料科学与工程 专业：无机0801 姓名：孙佩 摘要： 根据陶瓷材料的不同特性及用途对其进行了较为准确的分类，并对各类陶瓷的应用进行了概述。通过对各类陶瓷特性及应用领域的总结，对陶瓷材料未来的发展作出了新的展望，揭示了陶瓷材料的应用方向及发展趋势。 引言 陶瓷材料在人类生活和现代化建设中是不可缺少的一种材料。它是继金属材料，非金属材料之后人们所关注的无机非金属材料中最重要的材料之一。它兼有金属材料和高分子材料的共同优点，在不断改性的过程中，已经使它的易碎性有了很大的改善。陶瓷材料以其优异的性能在材料领域独树一帜，受到人们的高度重视，在未来的社会发展中将发挥非常重要的作用。陶瓷材料按其性能及用途可分为两大类：结构陶瓷和功能陶瓷。现代先进陶瓷的性能稳定、高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀、耐酸耐碱、耐磨损、抗氧化以及良好的光学性能、声学性能、电磁性能、敏感性等性能远优于金属材料和高分子材料；而且，先进陶瓷是根据所要求的产品性能，经过严格的成分和生产工艺制造出来的高性能材料，因此可用于高温和腐蚀介质的环境当中，是现代材料科学发展最活跃的领域之一。在此，笔者将对先进陶瓷的种类及应用领域做详细的介绍。 1.结构陶瓷 陶瓷材料优异的特性在于高强度、高硬度、高的弹性模量、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗震性、高导热性能、低膨胀系数、 质轻等特点，因而在很多场合逐渐取代昂贵的超高合金钢或被应用到金属材料所不可胜任的的场合，如发动机气缸套、轴瓦、密封圈、陶瓷切削刀具等。结构陶瓷可分为三大类：氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、陶瓷基复合材料。 1.1氧化物陶瓷 氧化物陶瓷主要包括氧化镁陶瓷、氧化铝陶瓷、氧化铍陶瓷、、氧化锆陶瓷、氧化锡陶瓷、二氧化硅陶瓷、莫来石陶瓷，氧化物陶瓷最突出的优点是不存在氧化问题。 氧化铝陶瓷，利用其机械强度较高，绝缘电阻较大的性能，可用作真空器件、装置瓷、厚膜和薄膜电路基板、可控硅和固体电路外壳、火花塞绝缘体等。利用其强度和硬度较大的性能，可用作磨料磨具、纺织瓷件、刀具等。 氧化镁陶瓷具有良好的电绝缘性，属于弱碱性物质，几乎不被碱性物质侵蚀，对碱性金属熔渣有较强的抗侵蚀能力。不少金属如铁、镍、铀、釷、钼、镁、铜、铂等都不与氧化镁作用。因此，氧化镁陶瓷可用作熔炼金属的坩埚，浇注金属的模子，高温热电偶的保护管，以及高温炉的炉衬材料等。氧化镁在空气中易吸潮水化生成Mg(OH)2，在制造过程中必须注意。为了减少吸潮，应适当提高煅烧温度，增大粒度，也可增加一些添加剂，如TiO2、Al2O3等。 氧化铍陶瓷具有与金属相似的良好的导热系数，约为209.34W/（m.k），可用来做散热器件；氧化铍陶瓷还具有良好的核性能，对中子减速能力强，可用作原子反应堆的减速剂和防辐射材料；另外， 功能陶瓷材料 功能陶瓷材料是指对电、磁、光、热、化学、生物等现象或物理量有很强反应，或能使上述某些现象或量值发生相互转化的陶瓷材料。功能陶瓷是一类颇具灵性的材料，它们或能感知光线，或能区分气味，或能储存信息……因此，说它们多才多能一点都不过分．它们在电、磁、声、光、热等方面具备的许多优异性能令其他材料难以企及，有的功能陶瓷材料还是一材多能呢！而这些性质的实现往往取决于其内部的电子状态或原子核结构，又称电子陶瓷。 功能陶瓷材料是陶瓷材料的一种，与大多数陶瓷材料的制备工艺步骤基本相似，一般包括以下步骤：配料→混合→预烧→粉碎→成型→排塑→烧结→后处理（极化、磁化等）。 1、配料： 根据配方（化学反应的配比）和生产需要的数量计算出各种原料所需的质量。用天平称取各原料。为使后面的化学反应顺利进行，原料的颗粒尽量小些（不要超过2 m，.最好为纳米粉），纯度要高。对于配料中用量多的原料，最好先清除其中的有害杂质。 2、混合： 通常使用转动球磨机或振动球磨机进行，有用干法的，也有用湿法的，所用的球大多是玛瑙球。用球磨法不但可以混合，同时还可以使原料颗粒进一步被粉碎。球磨要足够长时间以使各成分原料均匀混合，最大限度地彼此接触，以利于后面的化学反应。当然，混合也可以采用其它方法，只要达到各原料的均匀混合就行。 3、预烧： 混合好的料进行预烧，目的是让各成分间进行化学反应，生成目标化合物。不同的化学反应有不同的条件（温度、压力、气氛等）要弄清这些条件。 4、粉碎、成型： 将预烧后的材料粉碎是为了成型。成型是按使用要求将材料做成某种特定形状的坯体。成型根据不同要求可以采用模压、轧膜等方式。为便于成型，成型前通常要在粉碎的料中加入某种粘合剂。常用粘合剂的配方及重量比为：聚乙烯醇15%，甘油7%，酒精3%，蒸馏水75%；在90℃下搅拌溶化。对模压、粘合剂一般是料粉重量的5%，而对轧膜，则粘合剂要达功能陶瓷材料总复习讲解学习
新型陶瓷材料的应用与发展
功能陶瓷材料概述
功能陶瓷材料的分类及发展前景
功能陶瓷材料总复习题
生活中的陶瓷材料及其应用
功能陶瓷的简介
主要功能陶瓷器件现状及趋势
压电陶瓷材料及应用..
功能陶瓷的应用及其发展
信息功能陶瓷材料及应用 (1)
新型功能陶瓷材料的分类与应用
先进陶瓷材料
陶瓷材料的分类及发展前景
功能陶瓷材料