电子与工程陶瓷材料

1、电子与工程陶瓷材料课程教学大纲课程编号：课程名称：电子与工程陶瓷材料参考学时：20其中实验或上机学时：一、说明部分课程性质本课程是无机非金属材料工程专业的专业选修课，主要了解电子与工 程陶瓷材料的最新发展动态，掌握新型电子与工程陶瓷材料的结构、工艺 与应用情况。使学生掌握电子与工程陶瓷材料的基本性质、结构及性能特 点，使学生更好地理解电子与工程陶瓷材料的成分、结构、工艺、性能与 应用之间的相互关系，并能更好地独立进行应用性材料的研究和设计。课程教学的目的及意义通过本课程的学习，学生能了解电子与工程陶瓷材料目前的研究范围 和进展趋势，掌握电子与工程陶瓷材料的含义、特点及常见电子与工程陶 瓷材料的

2、基本知识，熟悉各类电子与工程陶瓷的组成、制备、性能和应用。教学内容及教学要求本课程的特点是涉及知识点多和应用领域较广，包括概述、电子陶瓷 基本性质、电子陶瓷生产工艺、高温结构陶瓷、超高温陶瓷及其复合材料、 介电陶瓷、铁电压电陶瓷、半导体陶瓷、超导陶瓷等先进陶瓷材料。课堂 讲授上，讲清基本概念、基本原理及目前的研究和应用现状及发展趋势。本课程与其它课程的联系本课程的先修课程为大学物理、材料物理与化学、材料科学基础、无 机材料科学基础、陶瓷工艺学、无机材料物理性能等。教学方法及教学手段本课程所涉及的实验课程：实验教学大纲、课程设计及实践教学大纲 均单独设课。采用理论和实践相结合的灵活多样的教学方法

3、，贯穿重点、 难点突出的原则，抓住“组成-结构-性能-应用”这一主线，使学生对本课 程能全面的掌握，采用以“多媒体为主，板书为辅”的复合式的教学手段， 并适时配以其他教学手段。总学时数课程总学时数：20其中，课堂讲授：20；实验：单独设课；作业：自行设题；课程设计: 单独设课；课外教学：单独设课。教材及主要参考书.王零森.特种陶瓷.中南工业大学出版社.1998.张长瑞，郝元恺.陶瓷基复合材料.国防科大出版社.2001.俞耀庭，张兴栋.生物医用材料.天津大学出版社.2000.邓世均.高性能陶瓷涂层.化学工业出版社.2004.刘培生.多孔材料引论.清华大学出版社.2004.崔福斋，冯庆玲.生物材料

4、学.清华大学出版社.2004.其它二、正文部分第一章概述一、教学要求和内容（一）教学要求了解电子与工程陶瓷材料的研究范围和进展趋势；理解电子与工程陶瓷 材料的组成、性能、制备及应用的相互影响机理；掌握电子与工程陶瓷材料 的概念、分类和特点。（二）教学内容第一节电子与工程陶瓷材料的概念与分类知识要点：电子与工程陶瓷材料的概念、分类。第二节电子与工程陶瓷材料设计的原理和方法知识要点：先进陶瓷材料的设计原则、规律等。第三节电子与工程陶瓷材料的特点知识要点：功能陶瓷、结构陶瓷及生物陶瓷的各种特征性能及表征。第四节电子与工程陶瓷材料制备用的新方法知识要点：溶胶一凝胶方法、复合和杂化。第五节电子与工程陶瓷

5、材料的发展现状知识要点：新型先进陶瓷材料国外发展现状、国内发展的现状、新型制备方 法。二、教学重点和难点重点：功能陶瓷、结构陶瓷及生物陶瓷的各种特征性能及表征。难点：电子与工程陶瓷材料的设计原则、规律及性能优化等。三、教学方法和教学手段多媒体为主，板书为辅四、本章学时数2五、复习、思考题自拟第二章电子陶瓷的基本性质一、教学要求和内容（一）教学要求了解电子陶瓷的电导率、介电常数、介质损耗；理解电子陶瓷的极化 机制、自发极化、机械强度、断裂韧性；掌握电子陶瓷的比热、膨胀系数、 导热系数、抗热冲击性、耦合性质。（二）教学内容第一节电学性质知识要点：电导率、介电常数、极化机制、自发极化、介质损耗、绝缘

6、强 度。第二节力学性质知识要点：弹性模量、机械强度、断裂韧性。第三节热学性质知识要点：比热、膨胀系数、导热系数、抗热冲击性。第四节耦合性质知识要点：电学、力学、热学、光学、声学及磁学等之间的相互转换及耦 合，耦合效应及机理。二、教学重点和难点重点：极化机制、自发极化。难点：电学、力学、热学、光学、声学及磁学等之间的相互转换及耦合， 耦合效应及机理。三、教学方法和教学手段多媒体为主，板书为辅四、本章学时数2五、复习、思考题自拟第三章电子陶瓷的生产工艺一、教学要求和内容（一）教学要求了解电子陶瓷的压制成型、干压成型、轧膜成型、流延成型、印刷成型； 理解电子陶瓷的化学计算式配料比、原料的摩尔分数、重

7、量百分比、粉料的 制备、干燥、造粒等；掌握电子陶瓷的无压烧结、热压烧结、被银工艺、烧 银工艺等。（二）教学内容第一节原料及其加工工艺知识要点：粘土、膨润土、滑石、长石、其他化工原料。第二节配料计算与配料知识要点：化学计算式配料比、原料的摩尔分数、重量百分比、粉料的制备、 干燥、造粒等。第三节成型知识要点：压制成型、干压成型、轧膜成型、流延成型、印刷成型。第四节排胶与烧成知识要点：排胶、升温阶段、保温阶段、冷却阶段、无压烧结、热压烧结等。 第五节加工与被银知识要点：热加工、冷加工、银电极浆料的制备、被银工艺、烧银工艺等。二、教学重点和难点重点：化学计算式配料比、原料的摩尔分数、重量百分比、粉料的

8、制备、排 胶、升温阶段、保温阶段、冷却阶段、无压烧结、热压烧结。难点：热加工、冷加工、银电极浆料的制备、被银工艺、烧银工艺。三、教学方法和教学手段多媒体为主，板书为辅四、本章学时数2五、复习、思考题自拟第四章氧化物陶瓷一、教学要求和内容（一）教学要求了解氧化铝的晶态与性能、A12O3粉体的制备、氧化锆的性质及相变、 氧化钇稳定的四方多晶氧化锆、氧化钛的性质、TiO2的制备；理解A12O3 陶瓷的主要制备方法、氧化铝陶瓷的性质与应用、CO/A12O3陶瓷复合材料的 研究、氧化锆增韧氧化铝陶瓷、ZrO2的应用、超纯、超细ZrO2粉体的制备; 掌握粉体制备的硫酸水解法、熔融法、还原法、氯化法、石英原

9、料的性质、 石英的品型及其转化。（二）教学内容第一节氧化铝知识要点：氧化铝的晶态与性能、A12O3粉体的制备、A12O3陶瓷的主要制备方法、氧化铝陶瓷的性质与应用、CO/A12O3陶瓷复合材料的研究。第二节氧化锆知识要点：氧化锆的性质及相变、氧化钇稳定的四方多晶氧化锆、氧化锆增韧氧化铝陶瓷、ZrO2的应用、超纯细ZrO2粉体的制备。第三节氧化钛知识要点：氧化钛的性质、TiO2的制备、硫酸水解法、熔融法、还原法、氯 化法。第四节氧化硅知识要点：石英原料的性质、石英的品型及其转化、碳纳米管/石英复合材料、碳纳米管、碳纳米管复合材料的热压烧结工艺。二、教学重点和难点重点：氧化铝的晶态与性能、Al2O

10、3粉体的制备、A12O3陶瓷的主要制备方法、 氧化锆的性质及相变、氧化钇稳定的四方多晶氧化锆、氧化锆增韧氧化铝陶 瓷。难点：氧化锆增韧氧化铝陶瓷、Co/Al2O3陶瓷复合材料的研究。三、教学方法和教学手段多媒体为主，板书为辅四、本章学时数2五、复习、思考题自拟第五章碳化物陶瓷一、教学要求和内容（一）教学要求了解碳化物的特性、分类及制造方法、金属陶瓷的定义、种类及制备 方法、三元层状碳化物、B4C的应用；理解SiC陶瓷的制造工艺、SiC陶 瓷的性能和应用，TiC、ZrC、HfC、TaC、NbC陶瓷的晶体结构、基本特 性、合成、应用及其发展；掌握SiC的晶体结构、含SiC系统的相平衡、 SiC原料

11、的制备，B4C的晶体结构、性质及制备方法。（二）教学内容第一节概述知识要点：碳化物的特性、分类及制造方法。第二节SiC陶瓷知识要点：SiC的晶体结构、含SiC系统的相平衡、SiC原料的制备、SiC 陶瓷的制造工艺、SiC陶瓷的性能和应用、SiC单品。第三节B4C陶瓷知识要点：B4C的晶体结构、B4C的性质、B4C的制备方法、B4C的应用、 b4c的烧结与韧化。第四节难熔金属碳化物知识要点：TiC、ZrC、HfC、TaC、NbC陶瓷的晶体结构、基本特性、合 成、应用及其发展。第五节金属陶瓷知识要点：金属陶瓷的定义、种类及制备方法、三元层状碳化物。二、教学重点和难点重点：SiC的晶体结构、SiC原

12、料的制备、b4c的晶体结构、b4c的性质、 B4C的制备方法。难点：含SiC系统的相平衡、b4c的烧结与韧化。三、教学方法和教学手段多媒体为主，板书为辅四、本章学时数2五、复习、思考题自拟第六章氮化物陶瓷一、教学要求和内容（一）教学要求了解氮化物的性质、结构、分类及应用；理解Si3N4的主要体系、性能 和应用，BN粉末的制备、BN基材料体系，AlN粉末的制备、AlN陶瓷的应 用；掌握Si3N4的晶体结构、BN的性质与晶体结构、AlN的结构与性能。（二）教学内容第一节氮化物的性质知识要点：氮化物的性质、结构、分类及应用。第二节 氮化硅（Si3N4）陶瓷知识要点：Si3N4的品体结构、粉末的制备、

13、主要体系、性能和应用。第三节 氮化硼（BN）陶瓷知识要点：BN的性质、品体结构、BN粉末的制备、BN基材料体系。第四节氮化铝（AlN）陶瓷知识要点：AlN的结构与性能、粉末的制备、AlN陶瓷的应用。二、教学重点和难点重点：Si3N4的粉末的制备、主要体系、性能和应用；BN的性质、品体结 构、BN粉末的制备、BN基材料体系。难点：Si3N4的晶体结构、AlN的结构与性能。三、教学方法和教学手段多媒体为主，板书为辅四、本章学时数2五、复习、思考题自拟第七章压电与铁电陶瓷一、教学要求和内容（一）教学要求了解压电效应、压电性产生的必要条件、铁电性、铁电材料的界定及 分类；理解诺埃曼原理、正压电效应与压

14、电矩阵、压电体的物理性质；掌 握压电铁电陶瓷的取代或掺杂改性、制备技术、应用领域、器件制作。（二）教学内容第一节压电陶瓷知识要点：压电效应、压电性产生的必要条件、诺埃曼原理、正压电效应 与压电矩阵、压电体的物理性质。第二节铁电陶瓷知识要点：铁电性、铁电材料的界定及其研究回顾、铁电材料的分类、特 殊效应及应用、铁电薄膜存储器、铁电材料制备工艺方法。第三节压电铁电陶瓷的改性与应用知识要点：取代或掺杂改性、制备技术、应用领域、器件制作。二、教学重点和难点重点：压电效应、压电性产生的必要条件、压电体的物理性质、铁电性、 铁电材料的界定及其研究回顾、铁电材料的分类、特殊效应及应用。难点：诺埃曼原理、取代

15、或掺杂改性、制备技术。三、教学方法和教学手段多媒体为主，板书为辅四、本章学时数4五、复习、思考题自拟第八章半导体陶瓷材料一、教学要求和内容（一）教学要求了解半导体的概念及分类、本征半导体、电子与空穴、缺陷能级、杂 质能级的形成、p-n结的形成、杂质分布及特性、金属和半导体的功函数、 整流接触、欧姆接触；理解西贝克效应、表面能级及表面能带结构、表面 空间电荷层及表面电势、Heywang晶界模型、Daniels模型、气敏理论模型; 掌握BaTiO3陶瓷半导化的途径和机制、影响BaTiO3陶瓷半导化的因素、 BaTiO3半导瓷PTC效应的物理机制、BaTiO3系PTC热敏陶瓷制备工艺、 ZnO半导瓷

16、的导电机理。（二）教学内容第一节半导体基础知识知识要点：半导体的概念及分类、本征半导体、电子与空穴、缺陷能级、 杂质能级的形成、p-n结的形成、杂质分布及特性、金属和半导体的功函 数、整流接触、欧姆接触。第二节半导体陶瓷的物理效应知识要点：品界效应、表面效应、西贝克效应、表面能级及表面能带结构、 表面空间电荷层及表面电势、Heywang晶界模型、Daniels模型、气敏理 论模型。第三节典型半导体陶瓷及其应用知识要点：热敏陶瓷、压敏陶瓷、气敏陶瓷、湿敏陶瓷、BaTiO3陶瓷半导 化的途径和机制、影响BaTiO3陶瓷半导化的因素、BaTiO3半导瓷PTC效 应的物理机制、BaTiO3系PTC热敏

17、陶瓷制备工艺、ZnO半导瓷的导电机理。二、教学重点和难点重点：BaTiO3陶瓷半导化的途径和机制、影响BaTiO3陶瓷半导化的因素、 BaTiO3半导瓷PTC效应的物理机制、BaTiO3系PTC热敏陶瓷制备工艺、ZnO半导瓷的导电机理。难点：西贝克效应、表面能级及表面能带结构、表面空间电荷层及表面电 势、Heywang晶界模型、Daniels模型、气敏理论模型。三、教学方法和教学手段多媒体为主，板书为辅四、本章学时数2五、复习、思考题自拟第九章超导陶瓷材料一、教学要求和内容（一）教学要求了解超导现象、超导材料、常规超导体、高温超导体、其它类型超导 体；理解唯象理论、超导体的微观机制、超导隧道效应、强电应用、弱电 应用、抗磁性应用；掌握零电阻效应、完全抗磁性、三个临界条件。（二）教学内容第一节超导材料的发展知识要点：超导现象、超导