第2章-第3节-功能陶瓷课件.ppt

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1、第第3 3节节 功功 能能 陶陶 瓷瓷一、功能陶瓷概述一、功能陶瓷概述1 1、与传统陶瓷的区别、与传统陶瓷的区别(1 1)原料许多是经过人工合成或者精制,不受天然条件)原料许多是经过人工合成或者精制,不受天然条件的限制;的限制;(2 2)突破传统陶瓷的化学成分限制,用多种金属氧化物)突破传统陶瓷的化学成分限制,用多种金属氧化物、氮化物、碳化物、磷化物等,有时直接用金属原素和、氮化物、碳化物、磷化物等,有时直接用金属原素和碳、硅等非金属原素。碳、硅等非金属原素。与传统陶瓷相比,功能陶瓷具备了一些特殊性能与传统陶瓷相比,功能陶瓷具备了一些特殊性能(热、机械、化学、电磁、光热、机械、化学、电磁、光)

2、。电电 子子 陶陶 瓷瓷生生 物物 陶陶 瓷瓷敏敏 感感 陶陶 瓷瓷磁磁 性性 陶陶 瓷瓷超超 导导 陶陶 瓷瓷光光 学学 陶陶 瓷瓷 其功能的实现主要来自于它所具有的特定的电绝缘其功能的实现主要来自于它所具有的特定的电绝缘性、半导体性、导电性、压电性、铁电性、磁性、生物性、半导体性、导电性、压电性、铁电性、磁性、生物适应性等。适应性等。2 2、功能陶瓷分类、功能陶瓷分类 按电学性质按电学性质:绝缘体陶瓷、介电陶瓷、半导体陶:绝缘体陶瓷、介电陶瓷、半导体陶瓷、和导电陶瓷;瓷、和导电陶瓷;按热学性质按热学性质:耐高温陶瓷、电热陶瓷。:耐高温陶瓷、电热陶瓷。二、材料的电性能二、材料的电性能 首先,

3、我们了解一点材料的电学性能。首先,我们了解一点材料的电学性能。1导电性导电性 材料的导电性以其电导率来度量,材料的导电性以其电导率来度量,表明材料在电场中传递电荷的表明材料在电场中传递电荷的能力能力。载流子数目。载流子数目n、每个载流子的电荷、每个载流子的电荷q以及载流子的迁移率以及载流子的迁移率,决,决定了材料的电导率定了材料的电导率 或电阻率或电阻率。qn1 在材料中,产生电流的载流子有四种类型,即在材料中,产生电流的载流子有四种类型,即电子、空穴、正离电子、空穴、正离子和负离子子和负离子。若载流子是电子或空穴,则材料的电导为。若载流子是电子或空穴,则材料的电导为电子电导电子电导;若;若载

4、流子是离子或空格点,则称为载流子是离子或空格点,则称为离子电导离子电导。材料按其导电能力可分为四大类:材料按其导电能力可分为四大类:(1)超导体超导体,0,(2)导体导体,;金属及部分陶瓷和高分子材料金属及部分陶瓷和高分子材料(3)半导体半导体,;(4)绝缘体绝缘体,普通陶瓷与大部分高分子材料普通陶瓷与大部分高分子材料m101058m101075m1010207 金属的电导率随温度的升高而降低金属的电导率随温度的升高而降低,半导体、绝,半导体、绝缘体及离子材料的电导率则随温度升高而增大。缘体及离子材料的电导率则随温度升高而增大。杂质原子使纯金属的电导率下降杂质原子使纯金属的电导率下降,这是由于

5、溶质,这是由于溶质原子在固溶体内造成不规则的势场变化,影响自由电原子在固溶体内造成不规则的势场变化,影响自由电子的运动。子的运动。陶瓷材料中溶入杂质原子后,常常会使其导电性陶瓷材料中溶入杂质原子后,常常会使其导电性能提高。能提高。适当形式的晶体缺陷,对改善陶瓷材料的导适当形式的晶体缺陷,对改善陶瓷材料的导电性有重要意义电性有重要意义。2介电性介电性 绝缘体虽不传导电荷,但在电场绝缘体虽不传导电荷,但在电场E中并非不反应。如相隔距离中并非不反应。如相隔距离为为d的两块电极板之间加一电压的两块电极板之间加一电压U,此时电场为伏特梯度:,此时电场为伏特梯度:dUE 若两板间无任何物质,则每板上的电荷

6、密度若两板间无任何物质,则每板上的电荷密度D0与电场与电场E成比例。如成比例。如果在两电板间有材料果在两电板间有材料m(即称电介质),其电荷密度可能由(即称电介质),其电荷密度可能由D0增到增到Dm,比率,比率Dm/D0即为材料的相对介电常数,即即为材料的相对介电常数,即0/DDmr 相对介电常数总是大于相对介电常数总是大于1.01.0。因为在电场中,材料内部的电子。因为在电场中,材料内部的电子或正负离子发生了位移。或正负离子发生了位移。不同材料及不同温度下的介电常数差别很大。不同材料及不同温度下的介电常数差别很大。Al2O3、AIN陶瓷的室温介电常数小于陶瓷的室温介电常数小于10,BaTiO

7、3、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3等铁电陶瓷的室温介电常数为几百至几等铁电陶瓷的室温介电常数为几百至几千,通过调整材料组成,甚至可达千,通过调整材料组成,甚至可达1000020000。利用各种材料不一的介电常数及其温度特性,就可利用各种材料不一的介电常数及其温度特性,就可以制作不同性能规格的电容器或其他元件。以制作不同性能规格的电容器或其他元件。3压电性压电性指某些晶体材料按所施加的机械应力成比例地指某些晶体材料按所施加的机械应力成比例地产生电荷的能力。产生电荷的能力。材料的压电效应取决于晶体结构的材料的压电效应取决于晶体结构的不对称性不对称性,晶,晶体必须有极轴,才有压电效应。体必须有极轴

8、,才有压电效应。钛酸钡钛酸钡Pb(Ti、Zr)O3(PZT),从而导致从而导致介质两端表面介质两端表面。例:例:由许多由许多排列无序的小晶粒排列无序的小晶粒构成,具有构成,具有,。经电场处理后,陶瓷经电场处理后,陶瓷,是以是以表现出来,且由表现出来,且由各向同性各向同性变成变成各向异各向异性性,从而,从而。由于束缚电荷的作用,在陶瓷片两极板上吸附了一由于束缚电荷的作用,在陶瓷片两极板上吸附了一层表面电荷,这些层表面电荷,这些与片内与片内数量相等,数量相等,符号相反,起符号相反,起片内极化强度对外界的作用。片内极化强度对外界的作用。当在瓷片上加一个与极化方向平行的外力时,在应力当在瓷片上加一个与

9、极化方向平行的外力时,在应力的作用下的作用下,即,即,使,使Ti4+位位移变小,移变小,因而释放出部分原来被吸附的,因而释放出部分原来被吸附的表面电荷,这就是被压缩后出现的表面电荷,这就是被压缩后出现的正压电效应正压电效应。当在瓷片上施加与极化方向相同的当在瓷片上施加与极化方向相同的时,此时时,此时,表示,表示Ti4+位移增大,晶胞位移增大,晶胞c轴变长,瓷片发轴变长,瓷片发生生,此时,电能变为机械能,此时,电能变为机械能(逆压电逆压电)。正压电效应正压电效应压电材料在应力作用下产生形变,极化状压电材料在应力作用下产生形变,极化状态发生变化,引起介质表面带电,表面电荷密度与应力成态发生变化,引

10、起介质表面带电,表面电荷密度与应力成正比。正比。P电介质矢量;电介质矢量;d是压电常数;是压电常数;应力。应力。逆压电效应逆压电效应反之,施加激励电场,材料(介质)将产反之,施加激励电场,材料(介质)将产生机械变形,应变与电场强度成正比。生机械变形,应变与电场强度成正比。S弹性强度;弹性强度;E电场强度;电场强度;压电常数。压电常数。dP EdSt 具有压电效应的材料可分为四类:具有压电效应的材料可分为四类:(1)压电单晶材料压电单晶材料,如水晶、,如水晶、NiNbO3、Bi2GeO3、Li2GeO3、Li3BO4等;等;(2)压电陶瓷材料压电陶瓷材料,如,如BaTiO3、PbTiO3、Pb(

11、Ti、Zr)O3(PZT)、改性改性PZT和其他三元系陶瓷材料;和其他三元系陶瓷材料;(3)压电薄膜压电薄膜,如,如ZnO、CdS、AIN等;等;(4)高分子压电材料,高分子压电材料,如聚偏氟乙烯等。如聚偏氟乙烯等。本节中我们将讨论到压电陶瓷材料。本节中我们将讨论到压电陶瓷材料。4、压电效应、压电效应 材料的电极化派生出的性质:材料的电极化派生出的性质:压电性、热释电、电致伸缩压电性、热释电、电致伸缩等。等。什么叫压电效应?什么叫压电效应?我们前面讨论过我们前面讨论过 什么叫热释电?什么叫热释电?温度变化时,引起电介质自发极化,产生表面的束缚温度变化时,引起电介质自发极化,产生表面的束缚电荷,

12、且未被外界自由电荷所补偿。电荷,且未被外界自由电荷所补偿。什么叫电致伸缩?什么叫电致伸缩?压力大、应力大,或电场较强时,产生电致伸缩,压力大、应力大,或电场较强时,产生电致伸缩,即在外电场较强时,材料会产生一种应变,这种应变和即在外电场较强时,材料会产生一种应变,这种应变和电场强度的平方成正比。电场强度的平方成正比。电致伸缩电致伸缩-压电特性压电特性一、电介质陶瓷一、电介质陶瓷物质在电场中:物质在电场中:导体导体导电;导电;绝缘体绝缘体极化,正负电荷发生局部移动而显出电性。极化,正负电荷发生局部移动而显出电性。什么叫电介质?什么叫电介质?电介质是电阻率高于电介质是电阻率高于108m的材料,能耐

13、较高电压而不被击穿。的材料,能耐较高电压而不被击穿。电介质是以极化方式传递电的物质,主要是绝缘体,半导体纯硅、电介质是以极化方式传递电的物质,主要是绝缘体,半导体纯硅、纯锗也属于电介质。纯锗也属于电介质。电介质分为两种:电绝缘陶瓷和电容器陶瓷。电介质分为两种:电绝缘陶瓷和电容器陶瓷。1、电绝缘陶瓷、电绝缘陶瓷主要用于电子设备中安装、固定、支撑、保护、绝缘、隔离以主要用于电子设备中安装、固定、支撑、保护、绝缘、隔离以及连接各种无线电零件和器件。(高频绝缘子、插座、瓷管基板、及连接各种无线电零件和器件。(高频绝缘子、插座、瓷管基板、瓷环等)。瓷环等)。绝缘陶瓷中应用最广的氧化物是绝缘陶瓷中应用最广

14、的氧化物是Al2O3,达,达90%以上,机械强度以上,机械强度高、绝缘性好、热导率小,耐腐蚀,高、绝缘性好、热导率小,耐腐蚀,常用作电子电路的基片。常用作电子电路的基片。半导体元件和电路对材料的半导体元件和电路对材料的要求:高性能、小体积;导热率要求:高性能、小体积;导热率大、密度高、容易小型化。大、密度高、容易小型化。BeO陶瓷的优点是热导率高,高温下绝缘性好陶瓷的优点是热导率高,高温下绝缘性好适宜作散热片。适宜作散热片。SiC、BN和和AlN(碳化硅、立方氮化硼和氮化铝(碳化硅、立方氮化硼和氮化铝)也属于导热率高,散热快的材料。)也属于导热率高,散热快的材料。SiCSiC的晶体结构和金刚石

15、相似,其中的晶体结构和金刚石相似,其中部分硅代替了部分碳的位置。部分硅代替了部分碳的位置。这种结构强固、致密,机械强这种结构强固、致密,机械强度高,适宜用作电子线路的基板。度高,适宜用作电子线路的基板。SiC、BN和和AlN结构结构“等电子体系等电子体系”:因为因为 B、Al+3价,价,N-3价;价;B、Al外层有外层有3个电子,个电子,N外层有外层有5个电子,个电子,构成构成“等电子体系等电子体系”。2、电容器陶瓷、电容器陶瓷 电容器的性能要求电容器的性能要求:耐较高电压,不易被击穿,介电常数高,高:耐较高电压,不易被击穿,介电常数高,高频下可靠地工作。频下可靠地工作。电容器陶瓷的特点电容器

16、陶瓷的特点:介电常数高:介电常数高因此体积可以做得很小。因此体积可以做得很小。电容器的介电材料电容器的介电材料:金红石(:金红石(TiO2),钛酸酸钙(),钛酸酸钙(CaTiO3,加,加少量少量ZrO2),钛酸镁(),钛酸镁(MgTiO3)可用于高频。可用于高频。2MgOSiO2、Al2O3、BaTi4O9、(Zr,Sn,Ti)O2可用于集成电可用于集成电路基片、元件路基片、元件 介电常数达到介电常数达到10105 5的电容器陶瓷,可以使电容器微型化。的电容器陶瓷,可以使电容器微型化。3.压电陶瓷压电陶瓷 陶瓷在外加力场作用下出现宏观的压电效应,称为压陶瓷在外加力场作用下出现宏观的压电效应,称

17、为压电陶瓷。电陶瓷。压电陶瓷的晶体结构随温度的变化而变化。对于压电陶瓷的晶体结构随温度的变化而变化。对于钛酸钛酸钡钡和和钛酸铅钛酸铅,当温度高于居里温度,当温度高于居里温度Tc时,为立方晶体,时,为立方晶体,具有对称性,无压电效应;低于具有对称性,无压电效应;低于Tc时,为四方晶体,具时,为四方晶体,具有非对称性,有压电效应。有非对称性,有压电效应。压电陶瓷的优点是价格便宜,可以批量生产,能控制压电陶瓷的优点是价格便宜,可以批量生产,能控制极化方向,添加不同成分,可改变压电特性。极化方向,添加不同成分,可改变压电特性。压电陶瓷的应用压电陶瓷的应用 压电陶瓷可用作超声波发生压电陶瓷可用作超声波发

18、生源的振子或水下测声聘仪器上的源的振子或水下测声聘仪器上的振子;也可用作声转换器。振子;也可用作声转换器。压电陶瓷收到机械应力的作用压电陶瓷收到机械应力的作用时,由压电效应发生的电能可用于时,由压电效应发生的电能可用于煤气灶的点火器和打火机等。煤气灶的点火器和打火机等。压电陶瓷有软硬之分:介电常数大的材料,容易随外场变化,压电陶瓷有软硬之分:介电常数大的材料,容易随外场变化,属于软性。属于软性。例例1:在基质陶瓷材料中掺入低价正离子在基质陶瓷材料中掺入低价正离子介电常数下降介电常数下降。例例2:以以Na+、K+取代部分取代部分Pb2+,以,以Fe3+、Al3+取代部分取代部分Zr4+、Ti4+

19、,为保持电中性,陶瓷中出现铅空位,为保持电中性,陶瓷中出现铅空位介电常数升高介电常数升高。压电陶瓷应用有压电换能器、压电马达、压电变压器压电陶瓷应用有压电换能器、压电马达、压电变压器、电声转换器件等。利用压电效应将机械能转换为电能或、电声转换器件等。利用压电效应将机械能转换为电能或把电能转换为机械能的元件称为换能器(硬性材料)。把电能转换为机械能的元件称为换能器(硬性材料)。压电陶瓷压电陶瓷Pachinkom游戏机游戏机它是由若干层它是由若干层(PZT)压电陶瓷块压电陶瓷块构成的,构成的,既作为既作为又作为又作为。当金属球落到陶瓷压电块上时,球的冲击力产生压当金属球落到陶瓷压电块上时,球的冲击

20、力产生压电电压;电电压;电压脉冲通过反馈系统加以放大和调整,然后返回电压脉冲通过反馈系统加以放大和调整,然后返回并施加到压电块的执行器部分;并施加到压电块的执行器部分;陶瓷压电块突然膨胀变形,把金属球抛出压电块所陶瓷压电块突然膨胀变形,把金属球抛出压电块所在的孔,使球沿着螺旋轨道爬出,落入另一孔内,再盘在的孔,使球沿着螺旋轨道爬出,落入另一孔内,再盘旋上升,如此周而复始。旋上升,如此周而复始。4.光电陶瓷光电陶瓷 当陶瓷受到光照射时,由于电子在能带间的迁移和当陶瓷受到光照射时,由于电子在能带间的迁移和能级间的迁移而引起光的吸收现象,能带内产生自由载能级间的迁移而引起光的吸收现象,能带内产生自由

21、载流子,而使电导率增加,这种现象称为流子,而使电导率增加,这种现象称为光电导现象光电导现象。利用光电导效应检测光强度的元件称为光敏元件。检利用光电导效应检测光强度的元件称为光敏元件。检测从波长很短的测从波长很短的X射线到波上很长的紫外线的光敏元件射线到波上很长的紫外线的光敏元件主要是烧结主要是烧结GdS多晶;如果在多晶;如果在GdS中添加中添加Cu杂质,可以杂质,可以用作检测可见光的用作检测可见光的光敏元件光敏元件。信息领域:信息领域:用作高速转换元件、通信元件和连接电路。用作高速转换元件、通信元件和连接电路。生物医学领域:生物医学领域:用于核磁共振断层摄像仪、量子干涉用于核磁共振断层摄像仪、

22、量子干涉仪、粒子线治疗装置等。仪、粒子线治疗装置等。电子能源领域:电子能源领域:用于超导磁体发电、超导输电、超导储用于超导磁体发电、超导输电、超导储能等。能等。通信元件通信元件超导量子干涉仪超导量子干涉仪交通运输领域:交通运输领域:完全抗磁体制造的磁悬浮列车、电磁完全抗磁体制造的磁悬浮列车、电磁推进器、飞机航天飞机发射台等。推进器、飞机航天飞机发射台等。宇宙开发、军事领域:宇宙开发、军事领域:潜艇的无螺旋浆无噪声电磁推潜艇的无螺旋浆无噪声电磁推进器、超导磁炮等。进器、超导磁炮等。磁悬浮列车磁悬浮列车航天飞机发射台航天飞机发射台5.铁电陶瓷铁电陶瓷 什么叫铁电性?什么叫铁电性?铁电性是指在一定温

23、度范围内具有自发极化性能,在外电场作铁电性是指在一定温度范围内具有自发极化性能,在外电场作用下,自发极化能重新取向,而且电位移矢量与电场强度之间的关用下,自发极化能重新取向,而且电位移矢量与电场强度之间的关系呈电滞回线现象的特性。系呈电滞回线现象的特性。什么是电滞回线?什么是电滞回线?这类材料在电性能上与铁氧体的磁性能类似,故称为铁电陶瓷。这类材料在电性能上与铁氧体的磁性能类似,故称为铁电陶瓷。什么是铁氧体?什么是铁氧体?(我们在磁性材料一章中将有详细讨论)(我们在磁性材料一章中将有详细讨论)有些陶瓷的晶粒排列是不规则的,但在外电场作用下,不同取向有些陶瓷的晶粒排列是不规则的,但在外电场作用下

24、,不同取向的电荷开始转向电场方向,材料出现自发极化,在电场方向呈显一的电荷开始转向电场方向,材料出现自发极化,在电场方向呈显一定电场强度,这类陶瓷称为铁电陶瓷,广泛应用的铁电材料有钛酸定电场强度,这类陶瓷称为铁电陶瓷,广泛应用的铁电材料有钛酸钡(钡(BaTiO3)、钛酸铅、锆酸铝等。)、钛酸铅、锆酸铝等。铁电陶瓷应用最多的是铁电陶瓷电容器,还可用于铁电陶瓷应用最多的是铁电陶瓷电容器,还可用于制造压电元件、热释电元件、电光元件、电热器件等。制造压电元件、热释电元件、电光元件、电热器件等。6.敏感陶瓷敏感陶瓷 指某些性能随外界条件(指某些性能随外界条件(温度、湿度、气氛温度、湿度、气氛)的变)的变

25、化而发生改变的陶瓷材料。化而发生改变的陶瓷材料。原理原理:温度改变:温度改变电阻率改变,测电阻率就可测温度。电阻率改变,测电阻率就可测温度。温度和电阻率的关系有两种:温度和电阻率的关系有两种:正温系数(正温系数(PTC)热敏材料)热敏材料温度温度 电阻率电阻率;负温度系数(负温度系数(NTC)热敏材料)热敏材料温度温度 电阻率电阻率。(1)热敏电阻陶瓷)热敏电阻陶瓷利用其热学性质的陶瓷利用其热学性质的陶瓷 负温度系数陶瓷(负温度系数陶瓷(NCT)如:如:MnO-CuO2-O2;Mn-Co-Ni(多为尖晶石型)等。(多为尖晶石型)等。正温度系数陶瓷(正温度系数陶瓷(PCT)钛酸钡陶瓷或钛酸钡为主

26、晶相的陶瓷。钛酸钡陶瓷或钛酸钡为主晶相的陶瓷。热敏陶瓷应用热敏陶瓷应用 马达的过热保护、液面深度测量、温度控制和报警、马达的过热保护、液面深度测量、温度控制和报警、非破坏性保险丝、晶体管过热保护、温度电流控制器等。非破坏性保险丝、晶体管过热保护、温度电流控制器等。彩色电视机自动消磁、马达启动器、自动开关等。彩色电视机自动消磁、马达启动器、自动开关等。等温发热件、空调加热器等。等温发热件、空调加热器等。2、压敏电阻陶瓷、压敏电阻陶瓷 电阻值对外加电压敏感的陶瓷材料。电阻值对外加电压敏感的陶瓷材料。原理:原理:电压电压 电阻率电阻率 压敏陶瓷有压敏陶瓷有SiC、Si、Ge、ZnO等。以等。以ZnO

27、的性能最的性能最优,具有大电流和高能量承受能力。优,具有大电流和高能量承受能力。微型马达电噪声、彩色显像管放电吸收、继电器节微型马达电噪声、彩色显像管放电吸收、继电器节点保护、汽车发动机异常输出功率吸收、电火花、稳点保护、汽车发动机异常输出功率吸收、电火花、稳压元件等。压元件等。压敏陶瓷应用压敏陶瓷应用3、湿敏电阻陶瓷、湿敏电阻陶瓷 将湿度信号转化成电信号的陶瓷材料。将湿度信号转化成电信号的陶瓷材料。ZnOCr2O3陶瓷陶瓷 ZnCr2O3Fe2O3陶瓷陶瓷 MgCr2O4TiO2陶瓷陶瓷应用:应用:用于湿度指示、记录、预报、控制和自动用于湿度指示、记录、预报、控制和自动化等。化等。4、磁敏电

28、阻陶瓷、磁敏电阻陶瓷 将磁性物理量转化成电信号的陶瓷材料。将磁性物理量转化成电信号的陶瓷材料。应用:应用:可用来检测磁场、电流、角度、转速、相位等。可用来检测磁场、电流、角度、转速、相位等。汽车工业中无触点汽车点火开关、在计算机工业中霍汽车工业中无触点汽车点火开关、在计算机工业中霍尔键盘、家用电器和工业上无刷电机和无触点开关等。尔键盘、家用电器和工业上无刷电机和无触点开关等。热释电效应热释电效应是指当某些晶体受到是指当某些晶体受到温度变化温度变化时,由于时,由于自发极化的相应变化而在晶体的一定方向上产生表面电自发极化的相应变化而在晶体的一定方向上产生表面电荷的现象。荷的现象。5、热释电陶瓷、热

29、释电陶瓷 热释电材料热释电材料可以是单晶也可以是陶瓷。这类热释电可以是单晶也可以是陶瓷。这类热释电晶体可以分为具有自发极化,但自发极化不能为外电场晶体可以分为具有自发极化,但自发极化不能为外电场所转向的晶体,如电气石、所转向的晶体,如电气石、CaS、CaSe、ZnO等,以及等,以及自发极化可以为外电场转向的晶体,如自发极化可以为外电场转向的晶体,如LiTaO3、PbTiO3等。等。热释电材料可作热释电材料可作热释电探测器热释电探测器使用。其中锆钛酸使用。其中锆钛酸铅(铅(Pb(Zr,Ti)O3)铁电顺电相变陶瓷材料,由)铁电顺电相变陶瓷材料,由于改性减少了热滞,使它显示了良好的热释电性能,于改

30、性减少了热滞,使它显示了良好的热释电性能,已制成了单个探测器和矩阵,在红外探测和热成像系已制成了单个探测器和矩阵,在红外探测和热成像系统中得到应用。统中得到应用。热释电材料的应用热释电材料的应用热释电红外检测元件热释电红外检测元件7、光学陶瓷、光学陶瓷能够透光的陶瓷材料。能够透光的陶瓷材料。要求:要求:具有优良的耐热性、耐风化性、耐膨胀性;能透具有优良的耐热性、耐风化性、耐膨胀性;能透过可见光,还能够透过波长更长或波长更短的光;光损过可见光,还能够透过波长更长或波长更短的光;光损耗低,能在远距离进行光传播;经光的照射,其性质发耗低,能在远距离进行光传播;经光的照射,其性质发生可逆或不可逆变化。

31、生可逆或不可逆变化。制造透明陶瓷的关键:制造透明陶瓷的关键:消除气孔和控制晶粒异常长大!消除气孔和控制晶粒异常长大!1.添加微量或少量的添加剂添加微量或少量的添加剂 2.改变烧结气氛改变烧结气氛 3.改变原料改变原料 4.采用先进的烧结技术采用先进的烧结技术光学透明陶瓷光学透明陶瓷1、透明陶瓷、透明陶瓷氧化物透明陶瓷氧化物透明陶瓷 Al2O3、Gd2O3、CaO、LiAl5O8、MgO、HfO、BeO等等非氧化物透明陶瓷非氧化物透明陶瓷 GaAs、ZnS、ZnSe、MgF2、CaF2等等2、红外光学陶瓷、红外光学陶瓷 氧化钇是一种高温红外材料,主要用于红外导弹的氧化钇是一种高温红外材料,主要用

32、于红外导弹的窗口和整体罩、天线罩、微波基板、绝缘支架、红外发窗口和整体罩、天线罩、微波基板、绝缘支架、红外发生器管壳、红外透镜和其他高温窗口。生器管壳、红外透镜和其他高温窗口。Y Y2 2O O3 3Y Y2 2O O3 3掺杂材料掺杂材料3、激光陶瓷、激光陶瓷 激光陶瓷的实质是具有适当的能级结构,通过激励使激光陶瓷的实质是具有适当的能级结构,通过激励使粒子从低能级向高能级跃迁。粒子从低能级向高能级跃迁。激光晶体通常包括两部分:组成晶格的称激光晶体通常包括两部分:组成晶格的称基质晶体基质晶体,为激活离子提供适当的晶格场;另一部分是为激活离子提供适当的晶格场;另一部分是发光中心发光中心,即,即少

33、量的少量的掺杂离子掺杂离子。几种典型的激光陶瓷材料:几种典型的激光陶瓷材料:红宝石激光晶体:红宝石激光晶体:-Al2O3单晶为基质,单晶为基质,掺入掺入Cr3 掺钕的钇铝石榴石晶体。掺钕的钇铝石榴石晶体。激光晶体材料发展逐渐成熟,应用领域不断拓宽激光晶体材料发展逐渐成熟,应用领域不断拓宽 激光晶体材料向着大尺寸、高功率、宽带可调谱、新激光晶体材料向着大尺寸、高功率、宽带可调谱、新波长方向发展。波长方向发展。8、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。用于人体器官替换、修补以及外科矫形的陶瓷材料。要求:要求:具有良好的力学性能,在体内难于溶解,不易具有良好的力学性能,在体

34、内难于溶解,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,和人体组织的亲和性好,组成范围宽,易于润滑性,和人体组织的亲和性好,组成范围宽,易于成形等。成形等。生物惰性陶瓷生物惰性陶瓷 陶瓷的物理、化学性能稳定,在生物体内完全呈惰性状态。陶瓷的物理、化学性能稳定,在生物体内完全呈惰性状态。生物活性陶瓷生物活性陶瓷 具有优异的生物相容性,能与骨形成结合面,结合强度具有优异的生物相容性,能与骨形成结合面,结合强度高,稳定性好,高,稳定性好,参与代谢参与代谢。思考题:思考题:1、材料具有哪些电性能?、材料具有哪些电性能?2、什么叫压电性?具有压电效应的材料主要有哪四大类?、什么叫压电性?具有压电效应的材料主要有哪四大类?3、名词解释:正压电效应、逆压电效应、名词解释:正压电效应、逆压电效应 4、材料按导电能力分为哪几类?、材料按导电能力分为哪几类?5、什么是功能陶瓷,功能陶瓷的分类主要有哪些?、什么是功能陶瓷,功能陶瓷的分类主要有哪些?6、什么是正温度系数热电材料、负温度系数热电材料?、什么是正温度系数热电材料、负温度系数热电材料?7、什么是生物陶瓷材料?它应具有哪些要求?、什么是生物陶瓷材料?它应具有哪些要求?

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