陶瓷材料考点

1、. .1：新型陶瓷材料：除硅酸盐类无机非金属材料以外，非硅酸盐类无机非金属材料(氧化物、非氧化物和其它盐类)开展异常迅猛，这局部材料称为新型无机非金属材料。 2：晶体构造：主要为离子键、共价键或离子键-共价混合键3：化学组成：已不局限于硅酸盐，还包括其他含氧酸盐、氧化物、氮化物、碳与炭化物、硼化物、氟化物、硫系化物、硅与硅化物、锗、族和族化合物等。4：存在的形态与形状：多样化、复合化、薄膜，纤维，纳米等低维化、单晶和非晶材料越来越重要。5：陶瓷分类：特种陶瓷构造陶瓷，功能陶瓷，陶器，瓷器，炻器6：功能陶瓷的根本电学性质：在电场作用下传导电流和被电场感应的性质。7：陶瓷材料的两个根本电学性质:

2、电导率 介电常数8：各种陶瓷材料或多或少都存在着能传递电荷的质点，这些质点称为载流子。金属材料中的载流子是自由电子，陶瓷中的载流子可能是离子，也可能是电子、空穴或几种载流子共同存在。离子作为载流子的电导机制称为离子电导；电子或空穴作为载流子的电导机制称为电子电导。 9：电流I通过电子电导的陶瓷试样时，如果在垂直于电流的方向加上一磁场H，那么在垂直于I-H平面的方向产生了电场EH，该电场EH称之为霍耳电场，这种现象称之为霍耳效应。EHIHc+- 实验证明霍耳效应的产生是由于电子在磁场作用下，产生横向位移的结果。由于离子质量比电子大得多，离子在该磁场作用下，不呈现横向位移，因此离子电导那么不呈现有

3、霍耳效应。因此，常用霍耳效应来区分陶瓷材料的载流子主要是电子还是离子。 如果霍耳电场EH的方向与图示方向相反那么为空穴电导10：介电常数：是衡量电介质材料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。公式中：Q0为真空介质时电极上的电荷量；Q为同一电场和电极系统中介质为非真空介质时电极上的电荷量。物理意义：同一电场作用下，同一电极系统中介质为非真空电介质比真空介质情况下，电极上的储存电荷量增加的倍数等于该非真空介质的介电常数。11：陶瓷中参加极化的质点只有电子和离子，这两种质点在电场作用下以多种形式参与极化过程。极化形式位移式极化，松弛式极化，界面极化，谐振式极化，自发极化（

4、1） 位移式极化：是电子或离子在电场作用下的一种弹性、不消耗电场能量、平衡位置不发生变化、瞬间就能完成、去掉电场时又恢复原状态的极化形式。电子位移极化和离子位移极化（2） 松弛式极化是非弹性的、消耗电场能量、平衡位置发生变化、完成的时间比位移极化长、去掉电场时不能恢复原状态的极化形式。离子松弛极化和电子松弛极化电子松弛极化的描述：晶格热振动、晶格缺陷、杂质的引入、化学组成的局部改变等因素都能使电子能态发生变化，出现位于禁带中的电子局部能级，形成弱束缚的电子或空穴。例如一个负离子空位俘获了一个电子形成的“F-心，该电子处于禁带中距导带很近的施主能级上。“F-心的弱束缚电子为周围结点上的阳离子所共

5、有，在晶格热振动过程中，吸收很少的能量就处于激发状态，连续地由一个阳离子结点转移到另一个阳离子结点。电子松弛极化：在外加电场的作用下，弱束缚“F-心 电子的运动具有方向性，而呈现极化，这种极化称为电子松弛极化。钛质陶瓷、钛酸盐陶瓷及以铌、铋氧化物为根底的陶瓷中存在着电子松弛极化12：介质损耗陶瓷介质在电导和极化过程中都有能量消耗，不可防止地将一局部电能转变为热能。在这个过程中，单位时间所消耗的电能称之为损耗角：是有损耗电容器中电流超前电压的相位角f与无损耗电容器的相位角90的差值。功能陶瓷的损耗角一般小于1tg的具体意义是有耗电容器每周期消耗的电能与其所储存电能的比值。tg是经常用来表示介质损

6、耗大小的量13：电介质能绝缘和储存电荷，是指在一定的电压范围内，即在相对弱电场范围内，介质保持介电状态。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，这种现象称介质的击穿。相应的电场强度称击穿电场强度、绝缘强度、介电强度、抗电强度等，用E j14：磁化率为负的抗磁体材料 磁化率为正的顺磁体材料。15：原料的评价成分评价，构造评价，颗粒剂形貌评价成分评价：一般化工原料按化学组成分级，即工业纯、化学纯(CP)、分析纯(AR)及光谱纯(GR)。作为新型陶瓷的化工原料一般要求其主要成分含量98.5%，作为高性能新型陶瓷，其化学纯度应大于99%。局部化工原料的优级品已达99.999%99.99

7、99% 5N到6N级有害杂质含量已十分有限16：2021年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈海姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫,以表彰他们在石墨烯材料研究方面的革命性成就17：从粉体机械力化学的角度看，粉碎过程可以认为近似于一种可逆的反响过程18：新型陶瓷的根本制备工艺包括：粉料制备、成型、烧结、加工19：原料煅烧目的：同质多晶体：温度不同，结晶状态或矿物构造不同，高温会使原料分解、晶型转变等，同时伴有相应的体积变化，收缩不一致，容易开裂和变形，高温煅烧，促进晶体转化为适宜的构造，减少瓷件最终烧结的收缩率，提高和保证瓷件的性能、质量和一致性 20：原料合成，粉料的制备说了一写没记清楚21：铁

8、电介质陶瓷：BaTiO3或PbTiO3基固溶体为最重要的主晶相铁电陶瓷。(1) BaTiO3晶体的原子构造 BaTiO3晶体构造：六方相、立方相、四方相、斜方相和三方相等晶相。在铁电陶瓷的生产中，六方晶相是应该防止出现的晶相，实际上也只有当烧成温度过高时才会出现六方BaTiO3。立方相、四方相、斜方相和三方相都属于钙钛矿型构造的变体，生产和研制BaTiO3陶瓷时常常出现。稳定温度范围：立方相在120以上是稳定的；四方相在5120之间是稳定的；斜方相在-905之间是稳定的；三方相在-90以下是稳定的。立方BaTiO3 立方BaTiO3的构造是理想的钙钛矿(CaTiO3)型构造，每个晶胞中包含一个

9、分子单位。在立方BaTiO3晶体中，取Ba2+作原点各离子的空间坐标：Ba2+在(0,0,0)；Ti4+在(1/2,1/2,1/2)；3个O2-在(1/2,1/2,0), (0,1/2,1/2)假设取Ti4+作原点，每个钛离子都处于6个氧离子组成的八面体中心。这些(TiO6)8-八面体通过角顶共用的氧连接成三维网络。在立方BaTiO3中，Ti4+的配位数为6；钡离子的配位数为12；氧离子的配位数为6，立方BaTiO3晶胞的边长约为0.4nm。四方BaTiO3 钙钛矿型构造，只是晶格较理想钙钛矿型构造发生一定程度的畸变。与立方 BaTiO3比较，畸变使四方BaTiO3的c轴变长，a轴变短。在立方

10、BaTiO3中，晶胞的边长大于氧离子和钛离子的直径之和。即处于氧八面体孔隙中的钛离子可以偏离八面体的中心位置，在一定的范围内进展振动。钛离子振动时，其偏离或靠近周围6个氧离子的时机是均等的，即对八面体中心位置的平均偏离为零。随着温度的降低，钛离子热运动变弱。温度降至120以下时，钛离子的振动中心那么向周围的6个氧离子之一靠近，即钛离子沿C轴方向发生了一定程度的位移，亦即钛离子沿C轴方向产生了离子位移极化。极化是在没有外电场作用下，自发进展的，通常称为自发极化。取Ba作原点时的原子坐标：Ba在(0,0,0);Ti在(1/2,1/2,1/2+ZTi ); OI在(1/2,1/2, ZOi ); 2

11、个OII在(1/2,0,1/2+ZOii ),(0, 1/2,1/2+ZOii )表5-1 四方BaTiO3中原子的位移量和键长(取O作原点，O位于1/2c的位置上)在四方BaTiO3中，c轴方向为自发极化的方向。自发极化强度(简称自发极化)通常用Ps表示。四方BaTiO3中的自发极化Ps，不单单由钛离子的位移提供，其他离子，特别是OI(近)离子对自发极化Ps的奉献也不容无视。如图(5-2)，Ti4+离子位移靠近OI(近)离子时，Ti4+离子对OI(近)离子的作用就显得特别突出。OI(近)离子的电子云向Ti4+离子靠近，OI(近)离子的正电中心(原子核)那么因受到Ti4+离子的排斥而远离。OI

12、(近)离子的正电中心和负电中心不再重合，从而OI(近)离子产生较大的极化。OI(近)离子对极化的奉献主要是电子位移极化的奉献，极化方向与Ti4+位移极化的方向一样。OI(远)离子和O离子受Ti4+的作用较小，Ba2+的惰性气体型的外层电子层构造，决定了它对其他离子的极化作用以及其他离子对Ba2+的极化作用都较小，因此它们对自发极化Ps的奉献也较小。四方BaTiO3: Ti4+离子位移对自发极化强度的奉献约占31%，OI(近)离子的电子位移对自发极化强度的奉献约占59%，其他离子对自发极化强度的奉献约占10%(这10%中，Ti4+离子的电子位移对极化的奉献约占6%)。20时，四方BaTiO3的晶

13、胞参数为ab=0.3986nm，c0.4026nm，c/a1.01。轴率(c/a)的大小与自发极化强度Ps的强弱有密切的联系，可以从轴率(c/a)的大小来估计BaTiO3和BaTiO3基固溶体的自发极化强弱。22：电畴具有一样自发极化方向的小区域。 具有电畴构造的晶体称为铁电晶体或铁电体。23：居里温度：电畴构造消失，铁电体失去自发极化的最低温度，即为居里温度(用Tc表示)。BaTiO3的居里温度即四方相和立方相之间的相变温度， Tc= 120 。24：PPT5.2.2中的关于BaTiO3基陶瓷的组成构造和性质的两个问题25：如果在对BaTiO3基陶瓷施加电场的过程中，随时测量与电场方向垂直的

14、两个陶瓷平面 上 的单位面积静电量(以C/cm2或uC/cm2表示)。随着第一次对陶 瓷逐渐施加电场 ，以极化强度P表示的单位面积上的静电量将大致沿着OA线段从O到A变化。 实际上反映各晶粒中的电畴逐步沿电场方向取向，各晶粒形成单畴晶体 ，极化到达饱和的变化。极化到达饱和后，电场强度继 续提高，极化强度P随电场按AB线段呈线性变化。如 果把电场强度逐步降低到零时，极化强度P P并不为零，而具有“剩余极化强度Pr ，如果 对该试样施以反向电场，至电场强度到达一Ec Ec时，陶瓷试样的极化强度才降至零。 继续提高电场强度，那么极化强度在反方向 增 增大。变至H点，实质上与A点是相应的，H H与A这

15、两种状态都表现了铁电陶瓷材料 料在电场作用下的极化到达饱和状态，只 只是极化方向相反罢了。GH线段也是直线，与AB线段相应。降低电场强度直到零时，极化强度又表现为“剩余极化强度-Pr。再施加正向电场至Ec，极化强度才又恢复到零，以后随着电场强度的提高，沿EcAB变化。BaTiO3陶瓷的电滞回线：Ec称为该铁电陶瓷材料的“矫顽场，Pr称为“剩余极化强度。作BA的延长线与P轴交于Ps点，Ps即可作为这种铁电陶瓷自发极化强度的量度，因为它相当于陶瓷材料中每个电畴本来就存在的自发极化强度。BaTiO3晶体的自发极化强度Ps可以用类似的方法予以测定。26： BaTiO3陶瓷的改性方法：置换改性和掺杂改性

16、结合压电陶瓷27：Tc以下，外加电场增加到一定数值时，边界层上的空间电荷作用将导致边界层局部的突然击穿29：影响耐电强度五因素 组成对瓷料的耐电强度有直接影响 2致密度 高压瓷料应具有细晶构造4合成与制备铁电介质陶瓷，为获得具有较大介电常数的瓷料，往往把瓷料的居里温度移到室温附近。但由于铁电陶瓷在居里温度附近的极化效应很突出，严重地影响着瓷料的脉冲击穿强度。5电容器的造型和包封料的选择对电容器的耐电强度都有重要影响。30：BaTiO3陶瓷半导化的途径：施主掺杂半导化 强制复原半导化 31：参加物和杂质的影响：1施主参加物: BaTiO3陶瓷中，电价高于2价对Ba2+进展置换的，或者电价高于4价

17、对Ti4+进展置换的离子化合物。这类施主参加物可以使BaTiO3陶瓷成为价控半导体。掺杂浓度直接影响BaTiO3陶瓷的电阻率，通常需控制在一定的浓度范围内。2受主杂质: BaTiO3陶瓷中，电价低于2价对Ba2+进展置换的，或者电价低于4价对Ti4+进展置换的杂质。如Fe、Mn、Cr、Na和K等受主杂质离子都是的阻碍BaTiO3陶瓷半导化的杂质，用一般化学原料或工业原料通常不能实现陶瓷材料的半导化。3等价参加物：生产中也往往需要把陶瓷材料的居里峰移至需要的温度。Sn4+置换Ti4+或者Sr2+置换Ba2+都使BaTiO3半导体陶瓷的居里温度移向低温，而Pb2+置换Ba2+那么使居里温度移向高温

18、。32：反铁电陶瓷是由反铁电体PbZrO3或以其为基的固溶体组成的，具有双电滞回线是这类陶瓷的宏观特征。(例子)PbZrO3的居里温度Tc230，33:对某些晶体施加压力、X力或切向力时，那么发生与作用力成反比例的介质极化，同时在晶体两端面将出现数量相等、符号相反的束缚电荷，这种现象称为正压电效应； 晶体上施加电场引起极化时，将产生与电场强度成反比例的变形或机械应力，这种现象称为逆压电效应34:有对称中心的晶体不呈现压电效应。因为这些晶体受到作用力后，内部不发生均匀变形，仍保持质点间对称排列，无不对称的相对位移，也就不会产生极化，电矩还是零，因此晶体外表不显示电性，也就不会呈现压电效应。无对称

19、中心的晶体在作用力的作用下，质点间产生不对称位移，结果产生了新的电矩，晶体外表显示电性，呈现出压电效应。在32类晶族中，只有21种无对称中心，由于其中一种的压电常数为零，故有20种可以有压电效应，在这20种压电性晶体中的10种具有自极化效应，称为极性晶体，又因为受热可以产生电荷，故又称为热释电晶体(极性晶体):因外加电场作用而改变自发极化方向的晶体便是铁电晶体。35:铁电体:具有自发极化、而自发极化因外电场的作用而转动的物体36:敏感陶瓷: 归属于半导体陶瓷材料，半导体陶瓷的电阻率约为10-4107Wcm。在半导体的能带分布中，禁带较窄，所以价带中的局部电子易被激发越过禁带，进入导带成为自由电

20、子，产生导电性。37:半导体陶瓷的共同点：导电性随环境而变化。利用这一特性，可制成各种不同类型的陶瓷敏感器件，如热敏、气敏、湿敏、压敏、光敏器件等。38:热敏陶瓷温度传感器: 利用材料的电阻、磁性、介电性等性质随温度而变化的现象制作的器件，可用于制作温度的测定、线路温度补偿及稳频等元件，具有灵敏度高、稳定性好、制造工艺简单及价格廉价等优点。按照其温度电阻特性，一般可分为三大类： 电阻随温度升高而增大的热敏电阻称为正温度系数热敏电阻，简称PTC热敏电阻， 电阻随温度升高而减小的热敏电阻称为负温度系数热敏电阻，简称NTC热敏电阻， 电阻在某特定温度范围内急剧变化的热敏电阻，简称为CTR热敏电阻。3

21、9：压敏陶瓷: 电阻值随外加电压变化有显著的非线性变化的半导体陶瓷，用这种材料制成的电阻称之为压敏电阻器。制造压敏陶瓷的材料有SiC、ZnO、BaTiO3、Fe2O3、SnO2、SrTiO3等，其中BaTiO3、Fe2O3是利用电极与烧结体界面的非欧姆特性，而SiC、ZnO、SrTiO3利用的是晶界非欧姆特性。目前应用最广、性能最好的是氧化锌压敏半导体陶瓷。40：气敏陶瓷的工作原理：1外表吸附情况 n型半导体发生负离子吸附； n型半导体发生正离子吸附； p型半导体发生负离子吸附； p型半导体发生正离子吸附 2外表吸附理论模型： 外表吸附模型，势垒模型，吸附效应模型50：关于铁氧体的磁性来源：属

22、于磁学的研究范畴 具有磁性的MA和MB两个阳离子之间夹着一个氧离子，氧离子使MA、MB各自的磁矩呈反平行排列，两个阳离子合成的总磁矩是抵消之后的剩余磁矩，通常将此产生的强磁性称之为亚铁磁性。假设MA和MB两者的各自磁矩大小相等，相互抵消后的总磁矩大小为零。磁学上称为反铁磁性。51：铁氧体磁性材料：软磁，硬磁，旋磁，矩磁 压磁52：医用生物材料的分类：高分子材料；无机非金属材料；金属材料；复合材料；天然生物材料。53：相容性：生物相容性，与生物组织有优异的亲和性，力学相容性，物理化学稳定性，灭菌性，抗血栓54：构造瓷：指在电子元件、器件、部件和电路中作基体、外壳、固定件和绝缘零件的陶瓷材料。56：氧化铝陶瓷：以A12O3为主要原料，以刚玉(a-A12O3)为主晶相。明名：A12O3陶瓷通常以配料或瓷体中的A12O3的含量来分类，习惯上把A12O3含量在99左右的陶瓷称为“99瓷，把含量95和90左右的依次称为“95瓷和“90瓷。 A12O3含量在85以上的陶瓷通常称高铝瓷，含量99以上的称为刚玉瓷或纯刚玉瓷。着色：着色氧化铝瓷：在氧化铝瓷料中有目的地参加着色氧化物，使氧化铝呈现特定的颜色，满足某些使用上的需求颜色是光的一种