功能陶瓷复习

1、如何区分结构陶瓷和功能陶瓷？结构陶瓷是指在应用是主要利用其力学机械、热及部分化学功能的先进陶瓷，如果能在高温下应用的陶瓷就称为高温结构陶瓷。功能陶瓷是指应用是主要利用其非力学性能的先进陶瓷材料，这类材料具有一种或多种功能，如电学、磁学、光学、热学、化学、生物等；有的有耦合功能，如压电、压磁、热电、电光、声光、磁光等。2、功能陶瓷的耦合效应有哪些？压电、压磁、热电、电光、声光、磁光等。3、功能陶瓷如何分类电磁功能陶瓷:电介质陶瓷(电绝缘陶瓷,电容器陶瓷,压电陶瓷)、半导体陶瓷、磁性陶瓷、超导陶瓷、化学功能陶瓷、生物功能陶瓷4、功能陶瓷的热学性质有哪些？了解其含义。①热导率：热导率又称导热系数，是反映材料导热性能的物理量；②热膨胀系数:固体在温度每升高1K时长度或体积发生的相对变化量。5、什么是绝缘强度？当电场强度超过某一临界值时，介质由介电状态变为导电状态。相应的临界电场强度称为绝缘强度。6、功能陶瓷的电学性质有哪些？了解其含义。①电导率：电导率是表示物质传输电流能力强弱的一种测量值；②介电常数：是衡量介质极化行为或介质储存电荷能力的重要特征参数；③介质损耗：电介质在单位时间内消耗的能量；④击穿电场强度：当电场强度超过某一临界值时，介质由介电状态变为导电状态，相应的临界电场强度称为击穿电场强度。7、电介质陶瓷的电导机制是什么？了解其含义。离子电导离子作为载流子的电导机制。8、什么是极化？自发极化？极化方式和基本原理。极化：在外电场作用下，电介质内部沿电场方向产生感应偶极矩，在电介质表面出现极化电荷的现象叫作电介质的极化。自发极化：极化状态并非由外电场所引起，而是由晶体内部结构特点所引起，晶体中每个晶胞内存在固有电偶极矩。极化方式:（1）位移式极化：电子或离子在电场作用下的一种完全弹性、不消耗电场能量、介质不发热、平衡位置不发生变化、瞬间就能完成、去电电场时又恢复原状态的极化方式。包括电子极化，离子极化（2）松弛式极化：非弹性的、平衡位置发生变化、完成的时间比位移极化长、消耗电场能量、介质发热，是一种可逆的过程，去掉电场时不能恢复原状态的极化方式。（3）空间电荷极化：自由电荷在障碍处积聚，空间电荷从新分布，形成了介质极化，称为空间电荷极化。（4）自发极化：由晶体内部结构特点引起的，每个晶胞内存在固有电偶极矩（5）取向极化：极性电解质中的偶极矩在外电场作用下，有序化9、电介质陶瓷如何分类？①电绝缘陶瓷，②电容器陶瓷，③压电陶瓷10、电解质陶瓷怎样分类根据参数的不同，电解质陶瓷分为：电绝缘陶瓷和电容器介质陶瓷两大类。其中陶瓷电容器按制造的材料分为：1、非铁电电容器陶瓷；2、铁电电容器陶瓷；3、反铁电陶瓷；4、半导体电容器陶瓷。按性质分为压电陶瓷、热释电陶瓷和铁电陶瓷。11、各类陶瓷的特点，及常见的化合物（1）电绝缘陶瓷的性质：1、高的体积电阻率2、介电常数小3、高频电场下的介质损耗要小4、机械强度高5、良好的化学稳定性化合物分为氧化物和非氧化物两大类。氧化物：Al2O3和MgO等绝缘体陶瓷；非氧化物主要有氮化物陶瓷如：Si3N4、BN、AlN等。（2）电容器陶瓷的性质：体积小容量大、结构简单、耐高温、耐腐蚀、高频特性优良、品种繁多、价格低廉。常见化合物：铁电电容器陶瓷BaTiO3反铁电电容器陶瓷PbZrO312、介质陶瓷、压电陶瓷、热释电陶瓷及铁电陶瓷之间的相互关联和区别压电陶瓷包括铁电陶瓷，铁电陶瓷一定具有压电性，但是压电陶瓷不一定具有铁电性。因为压电体中一定存在自发极化,而铁电体不仅要求陶瓷中有自发极化的偶极子,还要求偶极子可以随外电场转向。热释电效应是温度变化，正负电荷的重心发生相对位移，使晶体两端面内产生电荷。电解质陶瓷史由于电荷在电场的作用下移动，造成正负电荷重心不重合，产生了极化。13、电致伸缩效应、电滞回线电致伸缩：各晶粒在电场作用下的这种沿电场方向的伸长和垂直电场方向的收缩，就导致了整个陶瓷试样沿电场方向的伸长和在垂直电场方向的收缩。这就是BaTiO3基铁电陶瓷的电致伸缩现象。电滞回线：极化强度P和外电场强度E间的关系构成电滞回线。14、什么是介电反常，试用居里-外斯定律解释。一般用电滞回线中在原点附近的斜率来表示铁电体的介电常数，实际测量介电常数时外加电场很小。大多数铁电体的介电常数在居里点附近具有很大的数值，其数量级可达104～105，此即铁电体在临界温度的介电反常现象。居里-外斯定律为铁电体在居里温度以上时，介电常数与温度关系的一个基本定律。从上式可以看出在居里点以上，随温度T的升高，介电系数ε迅速下降，距离距离温度越近，下降的程度就越大。15、BaTiO3铁电陶瓷老化的含义是什么？当某一BaTiO3铁电陶瓷介质从烧成或被覆电极冷却后，其介电常数ε和介质损耗角的正切值tanδ存放时间的推移而逐渐降低，这种现象称为老化。16、晶界、相界、畴壁？对铁电陶瓷的介电性能影响。晶界是结构相同而取向不同晶粒之间的界面，晶界随晶粒减小而增大，介电常数降低，介电损耗值减小；相界是由结构不同或结构相同而点阵参数不同的两块晶体相交接而形成的界面；壁畴是两电畴间的分界面，在Tc点以下，介电损耗较大，其主要原因是畴壁运动，这时tanδ值随外加电场急剧增加。17、什么是置换改性/掺杂改性？各有什么特点？对BT陶瓷的介电陶瓷的介电性能如何影响？置换改性是指在生产过程中向BaTiO3中引入能大量溶解到BaTiO3晶格中并与相应位置金属离子（A位或B位）进行置换，形成BaTiO3基固溶体的粒子性加入物，从而使陶瓷性质得到改善。其特点是等价置换，等价置换导致固溶体的轴率（c/a）降低时（例如Sr2+、Zr4+、Sn4+等），能使居里峰向低温方向移动；导致轴率升高时（例如Pb2+的引入），则使居里峰向高温方向移动。掺杂改性是指有些加入物，由于离子半径相差较大或相应离子的电价不同等原因，在BaTiO3中固溶极限很小，这种小极限固溶导致BaTiO3陶瓷性质发生显著变化的改性。其固溶极限小，加入物对BaTiO3铁电相变温度影响大。18、介质陶瓷、压电陶瓷、热释电陶瓷及铁电陶瓷之间的相互关系和区别。一般电介质压电体热释电体铁电体电场极化电场极化电场极化电场极化有对称中心无对称中心无对称中心自发极化自发极化19、压电陶瓷居里温度是什么？试分析钛酸钡陶瓷在居里温度上或下的结构。晶体的顺电-铁电相变温度称为居里温度。当温度介于120～1460℃时BaTiO3属于立方晶系，所有的氧八面体均以顶角相连，构成三维氧八面体族；当温度降至120℃以下时，结构转变为四方对称，c轴略有伸长，a、b轴略有缩短。c/a≈1.01，因此具有沿c轴自发极化的铁电性。20、什么是压电效应，什么样的晶体才有压电效应？压电效应，是指某些介质在力的作用下产生形变，在它的某些表面上出现与外力成线性比例的电荷积累，即引起介质表面带电，这是正压电效应，反之，施加激励电场，介质将产生机械变形，称逆压电效应。具有类似铁磁材料磁畴结构的电畴结构的晶体经极化后才有压电效应，电畴是分子自发形成的区域，它有一定的极化方向，从而存在一定的电场，在无外电场作用时，各个电畴在晶体上杂乱分布，它们的极化效应被相互抵消，因此原始的晶体内极化强度为0，不具有压电性。21、表示压电性的参数是什么？压电系数d，压电陶瓷独立的压电系数只有3个，即d33，d31，d15，其他均为0。压电系数的角标中，第一个数字是指电极面的垂直方向或电场方向，第二个数字是指应力或应变的编号，xyz分别对应123，一般规定拉伸应力和伸长应变为正，所以d33为正值，d31为负值。22、敏感陶瓷有哪几种？敏感陶瓷用于制造敏感元件，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的。按其相应的特性，。可把这些材料分别称为热敏、湿敏、光敏、压敏、气敏、及离子敏感陶瓷。按其具体应用，可分为以下几类：光敏陶瓷（CdS、CdSe）、热敏陶瓷（PTC陶瓷、NTC和CTR热敏陶瓷）、磁敏陶瓷（InSb、InAs、GaAs）、声敏陶瓷（钛酸钡陶瓷，PZT）、压敏陶瓷（ZnO、SiC）、力敏陶瓷（PbTiO3、PZT）、氧敏陶瓷（SnO2、ZnO、ZrO2）、湿敏陶瓷（TiO2—MgCr2O4、ZnO-Li2O-V2O5）。23、气敏陶瓷的功能机理和用途：唯一方向多个自发极化方向电滞回线①SnO2气敏陶瓷：（机理）是利用气体在半导体表面的氧化还原反应导致敏感元件阻值变化而制成的;当半导体器件被加热到稳定状态，在气体接触半导体表面而被吸附时，被吸附的分子首先在表面物性自由扩散，失去运动能量，一部分分子被蒸发掉，另一部分残留分子产生热分解而固定在吸附处（化学吸附）；当氧化型气体吸附到N型半导体（氧化锡，氧化锌）上，还原型气体吸附到P型半导体（CrO3）时，将使半导体载流子减少，而使阻值增大；当还原型气体吸附到N型半导体上，氧化型气体吸附到P型半导体上时，载流子增多，使半导体电阻值下降。（应用）：利用SnO2烧结体吸附还原气体时电阻减少的特性来检测还原气体，已广泛应用于家用石油液化气的漏气报警、生产用探测报警器和自动排风扇等。SnO2系气敏元件对酒精和CO特别敏感，广泛用于CO报警和工作环境的空气监测等②ZnO系气敏陶瓷：（功能）：气体选择性强，一般加入适量的贵金属催化剂来提高陶瓷元件的灵敏度。（机理）：掺Pt的氧化锌气敏元件对异丁烷、丙烷、乙烷等碳氢化合物有较高灵敏度，掺Pd的氧化锌气敏陶瓷元件对H2、CO灵敏度较高，对碳氢化合物灵敏度较差，掺Ag的氧化锌气敏陶瓷元件对乙醇、苯和煤气较灵敏，且成本也较低。③Fe2O3气敏陶瓷：不用贵金属做催化剂也能得到较高的催化性，高温下热稳定性好。（应用）：－Fe2O3作家庭用可燃气体报警器非常合适。因它对水蒸气和乙醇等不灵敏，故不会因水蒸气及酒精的存在而误报。24、压敏陶瓷的功能机理：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。氧化锌压敏电阻的应用：①过压保护②稳定电压25、热敏陶瓷的分类：按阻温特性分为：（1）负温度系数热敏电阻陶瓷，简称NTC热敏陶瓷；（2）正温度系数热敏电阻陶瓷，简称PTC热敏陶瓷；（3）临界温度热敏电阻陶瓷，简称CTR热敏陶瓷基本特性：1、热敏电阻的阻值（R）：①标准阻值（R25）②实际阻值（RT）③工作点电阻值（RG）④工作点微分电阻（Rd）2、材料常数（B）（表征热敏电阻材料物理特性的常数）3、耗散系数（δ或H）（表示热敏电阻温度升高1℃所消耗的功率，描述了热敏电阻工作时与外界环境进行热交换的大小。4、时间常数（τ）（热敏电阻在零功率状态下，当环境温度由一个特定温度向另一个特定温度突变时，热敏电阻阻值变化63.2%所需时间）5、温度系数（αT）（当温度变化1℃时，热敏电阻阻值的变化率）26、什么是超导体，超导体有什么特征，约束超导体的临界参数有哪些？答：在低温下失去电阻的材料被称为超导体；基本特征：1、完全导电性与永久电流，当物质的温度下降到某一确定值Tc（临界温度）时，物质的电阻率由有限值变为零的现象称为零电阻现象，也称为物质的完全导电性；2完全抗磁性，当TTc时，超导体变为超导态后，可以完全排除磁力线的进入，超导体内的磁感应强度恒为零；临界参数：1、临界电流密度，在一定温度下（Tc）使处于超导状态的超导体转变成正常导体的电流值就称为该超导体的临界电流Ic，通常用与之对应的电流密度Jc来表述超导体的载流能力，即临界电流密度2、临界磁场强度，在一定温度下当磁场强度超过某一特定值，磁力线会进入处于超导状态的超导体，使其失去超导特性，这一特定磁场强度称为临界磁场强度。27、超导陶瓷的应用？答：①利用材料的超导电性可制作磁体，应用于电机、高能粒子加速器、磁悬浮运输、受控热核反应、储能等；可制作电力电缆，用于大容量输电（功率可达10000MVA）；可制作通信电缆和天线，其性能优