现代陶瓷材料复习题及答案.doc

【现代陶瓷材料】复习题一 名词解释1. 体积电阻率: 体积电阻率，是材料每单位立方体积的电阻。2. 表面电阻率: 平行于通过材料表面上电流方向的电位梯度与表面单位宽度上的电流之比，用欧姆表示。3. 陶瓷中载流子及类型:陶瓷材料中存在着传递电荷的质点，有离子、电子和空穴。4. 介电常数：衡量电介质材料在电场作用下的极化行为或储存电荷能力的参数，通常又叫介电系数或电容率，是材料的特征参数。5. 位移式极化：是电子或离子在电场作用下瞬间完成、去掉电场时又恢复原状态的极化形势。6. 松弛式极化：这种极化不仅与外电场作用有关，还与极化质点的热运动有关。7. 介电损耗：陶瓷材料在电场作用下能储存电能，同时电导和部分极化过程都不可避免地要消耗能量，即将一部分电能转变为热能等消耗掉。单位时间内消耗的电场能叫做介质损耗。8. 绝缘强度：陶瓷材料和其他介质一样，其绝缘性能和介电性能是在一定电压内具有的性质。当作用于陶瓷材料上的电场强度超过某一临界值时，它就丧失了绝缘性能，由介电状态转变为导电状态，这种现象称之为介电强度的破坏或介质的击穿。击穿时的电压称之为击穿电压，相应的电场强度称击穿电场强度，也称之为绝缘强度、介电强度、抗电强度等。9. 弹性模量：材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系（即符合胡克定律），其比例系数称为弹性模量。10. 热导率：是单位温度梯度、单位时间内通过单位横截面的热量，是衡量物质热传导能力大小的特征参数。11. 耦合性质：功能陶瓷材料的一些性质相互关联又相互区别的关系称之为这些性能之间的转换和耦合。12. 热容：物体在某一过程中，每升高（或降低）单位温度时从外界吸收（或放出）的热量。13. 超导电现象：有些材料的温度降低到某一温度以下时，其电阻突然消失，这种现象叫做超导电现象。14. 临界磁场HC：通常处于临界温度以下时，若外磁场较低，超导体是超导态的，即电阻为零，但当外磁场高于某一临界值时，它就会从超导态转变为正常态，这种使超导体从超导态转变为正常态的磁场叫做临界磁场。15. 第一类超导体：只存在一个临界磁场的超导体，超过临界磁场就由超导态转变为正常态。16. 第二类超导体：存在两个临界磁场的超导体，超过第一临界磁场时，由超导态转变为混合态，超过第二临界磁场时由混合态转变为正常态。17. 完全导电性：超导体的直流电阻为零，具有完全导电性。18. 永久电流：在超导体上感生的的电流叫持续电流，也叫永久电流。19. 麦斯纳效应：将超导态的超导体置于磁场中，只要作用于其表面的磁场强度不超过临界磁场强度，磁力线就无法穿透超导体，超导体内的磁通为零。这种超导态物质的完全抗磁效应称之为迈斯纳效应。20. 约瑟夫孙效应：在隧道结中有隧道电流通过而不产生电位降的现象，称为直流约瑟夫孙效应。由微观粒子波动性所确定的量子效应。21. 电筹：具有自发极化的晶体中存在一些自发极化取向一致的微小区域，称为电畴。22. 铁电体：具有铁电性的晶体称为铁电体。具有电畴结构的晶体称为铁电体。23. 居里外斯定律：描述介电常数或磁化率在居里温度以上顺电相或顺磁相的关系。24. 铁电陶瓷的老化： 25. 陶瓷的半导化：半导体陶瓷生产工艺的共同特点是必须经过半导化过程。一种半导化途径是施主掺杂半导化：可通过掺杂不等价离子取代部分主晶相离子，使晶格产生缺陷，形成施主或受主能级，以得到n型或p型的半导体陶瓷。另一种途径是强制还原半导化：控制烧成气氛、烧结温度和冷却过程。26. 正压电效应：当对压电材料施以物理压力时，材料体内之电偶极矩会因压缩而变短，此时压电材料为抵抗这变化会在材料相对的表面上产生等量正负电荷，以保持原状。这种由于形变而产生电极化的现象称为“正压电效应”。正压电效应实质上是机械能转化为电能的过程。27. 负压电效应：，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。28. 机械品质因素：压电振子在谐振时贮存的机械能与在一个振动周期内损耗的机械能之比称为机械品质因数，它是一个无因次的物理量，用Qm表示。29. 敏感陶瓷：指对温度、压力、湿度、气氛、电场、光及射线等外部环境条件改变时，能引起该材料物理性能的变化，从而能从用这种材料制造的元件上准确迅速地获得有用的电信号，这一类陶瓷材料总称为敏感陶瓷。30. SOFC：氧化锆半导体陶瓷，是新一代环保型的发电装置，使用稳定氧化锆【8%10%（摩尔分数 ）Y2O3-ZrO3，YSZ 】为电解质，氢气，天然气，煤气等可用作燃料气，空气用作氧化剂，工作温度为1000左右31. PTC元件：电阻值随温度升高而增加的正温度系数热敏电阻。它是钛酸钡（BaTiO3固溶体中掺入微量稀土元素，用陶瓷工艺法制成元件体，再引出电极和导线，包裹树脂密封而成。二.填空1.陶瓷试样的体积电阻率是（ ），表面电阻率是：（ ）。2.当陶瓷中存在多种载流子时，电导率可表示为（ ）。3.介电常数与电容之间的关系是（ ）。4.当电流I通过半径为R的超导导线时，在该导线表面产生的磁场HC为（ ）。5.居里外斯定律是（ ）。6.频率常数为（ ）。7.具有离子化合物钙钛矿结构的必要条件可以写成（ ）。8.正温度系数热敏电阻值万为（ ）。9.负温度系数热敏电阻值万为（ ）。10.热敏电阻的材料常数是（ ）。11.热敏电阻的温度系数（ ）。12.耗散系数H（ ）。13.时间常数（ ）。14.最高工作温度Tm与热敏电阻的处的环境温度To和它自身的温度升高T的关系（ ）。15.压敏半导体陶瓷是指电阻值与外加电压成显著（ ）的半导体陶瓷。16.压敏陶瓷的IV特性关系式是（ ）。17. 压敏陶瓷的非线性系数是（ ）的重要参数。三问答题1.什么是超导现象？什么叫超导体的临界温度Tc？Ic和Jc分别代表超导体的什么参量，其物理意义是什么？答：有些材料的温度降低到某一温度以下时，其电阻突然消失，这种现象叫做超导电现象。超导体从具有一定电阻的正常态转变为电阻为零的超导态的温度叫临界温度TcJc当通过超导体的电流密度超过某一数值Jc时，超导体的超导性就被破坏了，这一电流密度值叫临界电流密度Jc。Ic表示对某一实际超导体来说与Jc相对应的流经超导体的临界电流。2.怎样区分第一类超导体和第二类超导体？3.什么叫超导体的麦斯纳效应？什么叫“磁场穿透深度”，它与温度是什么关系？答：将超导态的超导体置于磁场中，只要作用于其表面的磁场强度不超过Hc，磁力线就无法穿透试样，超导体内的磁通为零。这种处于超导态物质的完全的抗磁效应迈斯纳效应。抗磁超导电流沿超导体表面约为10-5cm的表面层流动，将其内部磁屏蔽起来，所以磁场也穿透同样的深度，该表面层的厚度称为“磁场穿透深度”与温度的关系：=01-(TTc)4-12 。0为0K时的磁场穿透深度，一般为510-5cm左右，是物质常数。Tc为临界温度。如图所示，超导体的值在Tc附近急剧增大。4.约瑟夫孙效应是超导体的什么现象？它有什么应用？5.怎么提高超导陶瓷的Tc及Jc？6.什么是BaTiO3基铁电陶瓷的剩余极化强度Pr，外型上的剩余伸长和剩余伸缩？7. BaTiO3基陶瓷的置换改性和掺杂改性应遵从什么规律？8. BaTiO3陶瓷的半导体化存在哪些途径？影响这些半导体的因素有哪些？试举例说明。9.何谓压电效应？有哪几种类型？10.试以PbTiO3晶体为例，以电筹来回答为什么这一材料具有压电特性？11.什么是铁电体？有什么性质？12.压电陶瓷的机械品质因素代表什么物理意义？13.在二元素PTZ压电陶瓷中，为什么靠近相界处的组成介电常数和机电耦合系数Kp 都出现极大值？而Qm却出现极小值？请说明。14.何谓PZT 基多元素压电陶瓷材料复合钙钛矿结构的“容差系数”。15.热敏电阻器的时间常数的物理意义是什么？它与热容C有什么关系？16.正温度系数热敏电阻PTC温度经过Tp1时电阻会发生什么变化？这一变化与材料的居里温度Tc存在什么关系？17.在BaTiO3中，用哪些金属离子置换Ti或Ba离子可以改变居里温度，试举例说明。18.压敏陶瓷的IV曲线上和C值各代表什么物理意义？c值的定义如何？19.压敏ZnO半导体陶瓷材料中。试回答掺入高价阳离子和低价阳离子后，其材料电导率是怎么变化的，载流子类型有什么不同？20.为什么烧结气氛会对ZnO电导率有影响？其机理是什么？21.气敏元件的灵敏度是如何定义的？22何谓气敏元件响应时间和恢复时间？23.何谓气敏元件的寿命？它与哪些因素有关？24.SOFC的工作原理是什么？25.固体电解质的最根本特性是什么？它在SOFC中起什么作用？具有什么特点?答：固体电解质的最根本特性是传导氧离子。 作用是将电化学反应生成的氧离子传导到阳极，在阳极和电解质界面上发生电化学反应。特点：1、具有非常高的氧离子电导率，而电子电导率极小或为0 2、具有开放式的结构，电解质必须是致密的，具有高度气密性四.论述题1.试讨论铁电电容器陶瓷的生产工艺原理和主要生产要点。有哪些关键工艺对性能有非常大的影响，应注意些什么？2.在微波介质陶瓷BaO-In2O3-TiO2钨青铜型陶瓷中，有哪几种阳离子位，它们可以被哪些离子取代？取代后的材料在性能上有什么改善？3.Bi-Sr-Ca-Cu-O系超导