陶瓷应用介绍.ppt

介電陶瓷,電容器陶瓷材料按性質區分主要有兩大類，第一類為非鐵電電容器陶瓷，第二類為鐵電電容器陶瓷，此外，還有反鐵電電容器陶瓷和半導體電容器陶瓷。,A位Ti,B位Ba/Sr,Ti,Ba/Sr,O,鐵電陶瓷,圖3.4BaTiO3的原胞晶體結構(a)和晶格在(100)面上的投影(b),圖3.5BaTiO3單晶體的電疇結構示意圖,(a)最簡單的疇結(180疇)；(b)90疇和180疇同時存在,圖3.6鐵電陶瓷的電滯回線,圖3.7鈦酸鋇鐵電體的介電常數與溫度的關係,圖3.8多層陶瓷電容器的構造,圖3.9多層陶瓷電容器研製與開發的發展趨勢及其對材料、製備技術的要求,壓電陶瓷,P=d為應力；d為壓電常數，單位為C/N。S=dtES為電介質的彈性應變；E為電場強度；dt為壓電常數。,陶瓷具有壓電性要有兩個條件：一是組成陶瓷的晶粒具有鐵電性二是需經強直流電場處理（人工極化）20世紀50年代發明的鋯鈦酸鉛（PbZrxTi1-xO3，簡稱為PZT）是迄今使用最多的壓電陶瓷。,圖3.10壓電陶瓷“極化”前後晶體中極化取向的變化(a)鐵電陶瓷各晶粒中自發極化的隨機取向；(b)施加直流電場後，各晶粒的自發極化沿外加電場方向取向；(c)取消外電場後各晶粒中的剩餘極化，使陶瓷在宏觀上保留剩餘極化,圖3.11PbZrxTi1-xO3的相圖,圖1.10CaTiO3鈣鈦礦結構,人們對以PZT為主的壓電陶瓷進行了廣泛的摻雜改性試驗,摻雜可分為三類。第一類是受主雜質第二類是施主雜質第三類是變價雜質典型的以PZT為基的三元系壓電陶瓷體系如下：Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3，Pb(Co1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3，Pb(Cd1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3，Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3，Pb(Mn1/3Sb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3等。,表3.5壓電陶瓷材料在通訊技術中的一些主要應用,熱釋電陶瓷,圖3.12陶瓷片內的束縛電荷與電極表面上的吸附自由電荷示意圖,圖3.13熱釋電探測元件電極配置方式(a)面電極結構；(b)邊電極結構,敏感陶瓷,按其相應的特性隨相關參量的變化，可把這些材料分別稱為熱敏、濕敏、光敏、壓敏、氣敏、離子敏等陶瓷。敏感陶瓷多屬半導體陶瓷。下面簡要介紹主要的幾種敏感陶瓷材料：熱敏陶瓷：PTCR熱敏電阻主要是以BaTiO3為基的陶瓷材料。壓敏陶瓷氣敏陶瓷濕敏陶瓷光敏陶瓷,圖3.15一種PTCR阻溫特性示意圖,V-PTCR燒結溫度：1160室溫電阻率：6104.cm最低電阻率：5102.cm負溫度系數：-4%/K正溫度系數：+7%/KNTC降阻：2.1數量級PTC降阻：4.7數量級,磁性陶瓷,磁性陶瓷主要是指鐵氧體陶瓷，磁性陶瓷可分為三大類：尖晶石型(MFe2O4)；石榴石型(R3Fe5O12)；磁鉛石型(MFe12)；此外，還有鈣鈦礦型、鎢青銅型等。按鐵氧體的性質及用途，又可分為軟磁、硬磁、旋磁、矩磁、壓磁、磁泡、磁光等鐵氧體。軟磁鐵氧體容易磁化，也易退磁。硬磁鐵氧體又稱永磁鐵氧體,表3.2常見功能陶瓷的分類,表3.7幾種透明氧化物陶瓷材料主要工藝及性質。,表3.8兩相複合材料的交叉耦合效應,圖3.16壓電陶瓷與聚合物複合模型及其連通模式（圖中括號內的數字為相關複合材料的連接度）,旋磁鐵氧體又稱微波鐵氧體。矩磁鐵氧體是指磁滯回線呈矩形且矯頑力較小的鐵氧體。具有磁致伸縮效應的鐵氧體稱為壓磁鐵氧體，另一種磁性陶瓷叫磁泡鐵氧體的製備過程大致可分為六個工序，即配料、混合、預燒、成型、燒結、熱處理。,固體電解質陶瓷,1.氧化鋯固體電解質陶瓷R為摩爾氣量體常量；T為熱力學溫度；F為法拉弟常數；p1、p2為氧化鋯兩側的氧分壓。2.氧化鋁固體電解質陶瓷,高溫超導陶瓷,迄今為止，最重要的高溫超導陶瓷有三個體系，即上面提到的釔鋇銅氧系(Y-Ba-Cu-O)YBa2Cu3O7-，以及鉍鍶鈣銅氧系（Bi-Sr-Ca-Cu-O，典型分子式Bi2Sr2Ca2Cu3O10+x），超導臨界溫度為115K，鉈鋇鈣銅氧系Tl-Ba-Ca-Cu-O根據材料自身的特性，大致可以分為三類應用，即大電流應用（強電應用），電子學應用（弱電應用）和抗磁性應用。,3-4陶瓷薄膜,陶瓷薄膜及其分類,表3.9陶瓷薄膜按應用的分類,陶瓷薄膜的製備方法,1.真空蒸發,表3.10主要的陶瓷薄膜製備方法,2.濺射法3.化學氣相沉積法(CVD)法4.溶膠凝膠(sol-gel)法,類金剛石薄膜是有諸多與金剛石薄膜相似的性能，沉積溫度較低，沉積面積大，膜面平整光滑，在某些要求沉積溫度低、膜面粗糙度低的場合，只有類金剛石薄膜才能勝任。,鐵電薄膜,表3.11鐵電薄膜按物理效應應用的分類,3-5發展中的新型陶瓷,奈米陶瓷1.奈米粉體2.奈米陶瓷3.奈米陶瓷材料的應用,智能陶瓷,圖3.17機敏壓電陶瓷示意圖,圖3.18收發聲納用機敏複合換能器示意圖,梯度功能材料,1.耐熱梯度材料2.生物梯度材料3.光學梯度材料,功能精細複合材料,若功能陶瓷複合材料中，活性組元的尺寸更小，將會出現新的效應。在微米以至奈米線度上進行複合，以獲得優良功能效應的材料，稱為功