第11章 精细功能陶瓷
精细陶瓷标准
精细陶瓷标准精细陶瓷是一种高品质的陶瓷制品，广泛应用于各个领域，如航空航天、医疗、电子、能源等。
为了确保精细陶瓷的质量和性能达到国家标准，制定了一系列的标准和规范。
本文将介绍精细陶瓷的标准，包括其定义、分类、常见标准和相关测试方法。
一、定义精细陶瓷，又称为高性能陶瓷，是一种由非金属氧化物、硼化物、碳化物、氮化物等组成的陶瓷制品。
与传统的陶瓷材料相比，精细陶瓷具有较高的硬度、耐磨性、耐腐蚀性、绝缘性和高温稳定性等特点。
二、分类根据不同的用途和性能要求，精细陶瓷可以分为多个不同的类别，常见的有以下几种：1.结构陶瓷：用于承重和耐磨的陶瓷部件，如陶瓷刀、陶瓷轴承等。
2.功能陶瓷：具有特殊功能性能的陶瓷材料，如氧化铝陶瓷用于电介质、锆瓷用于磁气体传感器等。
3.生物医用陶瓷：用于人工关节、义齿、人工骨等医疗器械的陶瓷材料，具有良好的生物相容性和耐磨性。
三、常见标准以下是精细陶瓷常见的标准之一：1.GB/T 12703-2008 《陶瓷气隙率测定方法》：该标准规定了精细陶瓷气隙率的测定方法，通过测量陶瓷样品的密度和质量，计算得出气隙率。
2.GB/T 26310-2010 《精细陶瓷材料光学性能测定方法》：该标准规定了精细陶瓷材料的折射率、透过率、反射率等光学性能的测试方法。
3.GB/T 32127-2015 《陶瓷瓷化膜的显微组织观察方法》：该标准规定了陶瓷瓷化膜的显微组织观察方法，包括显微镜观察和扫描电镜观察等。
四、测试方法对于精细陶瓷的质量控制和性能评估，常常需要进行一系列的测试。
以下是几种常见的测试方法：1.密度测定：通过测量陶瓷样品的质量和体积，计算出其密度。
常用方法有水法浮度法和气体静压法。
2.硬度测定：用于评估陶瓷的硬度，常用方法有洛氏硬度和维氏硬度等。
3.抗压强度测定：用于评估陶瓷材料在压力作用下的强度，常用方法有三点弯曲法和压缩试验等。
4.耐磨性测定：通过在陶瓷表面施加一定的载荷和摩擦，评估陶瓷的耐磨性能。
精细陶瓷
精细陶瓷精细陶瓷（Fine Ceramics）又称先进陶瓷（Advaneed Ceramies）、高性能陶瓷（High-performance Ceramics）、高技术陶瓷（High Technology Ceramics）。
它与传统陶瓷最主要的区别是具有优良的力学、热学、电性、磁性、光性、声等各种特性和功能，被广泛应用于国民经济的各个领域，是高新技术产业发展的三大基础材料之一。
人类文明、社会进步的整个历史与材料发展史休戚相关。
数千年来，人类文明史往往以一种特定的材料发展来表征各个历史时期，由于这些新材料的出现，成功地推动了社会的进步，提高了人类的物质文明。
二十世纪以来，科学技术的发展又反过来加速了新材料的不断涌现，又促使高新技术产业像雨后春笋般地蓬勃发展起来。
其典型代表是单晶硅的研制成功，推动了微电子工业的发展；光导纤维的出现，带来了信息产业的新时代；高温超导材料的发现，将对未来能源、交通等产业产生了可低估的影响。
精细陶瓷主要包括结构陶瓷和功能陶瓷两大类，它的发展虽然还不到一个世纪，但是作为结构和功能两大主要应用方面发展极其迅速，1997年国际精细陶瓷市场为162亿美元，预计到2000年全球市场约在250亿美元左右，即将以平均每年7-10%的速率增长。
结构陶瓷相比功能陶瓷而言，所占市场份额小约30%。
但从20世纪70年代能源危机以来，它的增速较快。
各国以热机为目标，投入大量研究经费和人力，以氧化物、氮化物、碳化物以及它们的复合材料为主，开展了材料的组分与结构设计、制备科学研究和材料与部件的可靠研究等。
到90年代，材料的强度和韧性均取得重大突破，目前应用的主要障碍是在成本和可靠性上。
但是作为耐磨、耐腐蚀、耐高温等方面应用已经取得了重大突破，在世界经济各个领域和国防建设作出了重要贡献。
随着低成本制备技术和均匀可靠性的提高，预计作为热机应用有望在二十一世纪初取得突破。
功能陶瓷是精细陶瓷的最主要组成部分，由于各种功能的不断发现，在微电子工业，通讯产业、自动化控制和未来智能化技术等方面作为主要支撑材料的地位将日益明显，特别是随着材料向微型业、集成化、多功能化方向发展，功能陶瓷不仅在品种、质量和数量将有更高要求，而且期待着新的功能陶瓷不断涌现。
精细陶瓷
可形成高强度、低空 隙率制品 可以在较低温度下达 到完全致密化，产品 硬度高、韧性强、可 制得复杂制品。 不需烧结助剂、有效 孔率为０，可形成高 纯致密层。 能制得形状复杂的制 品、成本低、不需助 剂。
难于大量生产 复杂形状制品。 对设备性能要 求高，设备昂 贵。 由于基体间热 膨胀不同，易 产生应变。 气孔率较高、 难制得高致密 制品。
精细陶瓷的制造工艺： 原料粉体的调整 成型 烧结 加工 成品 1.精细陶瓷粉体的制备 （１）机械法 滚动球磨、振动球磨、搅动（高能）球磨、气流粉碎等 （２）合成法 固相合成法、 液相合成法、气相合成法（气相热分解法、蒸发凝聚法） 2. 成型 （1）注浆法（2）压制法（3）可塑法 3.精细陶瓷的烧结 烧结是指生坯在高温加热时发生一系列物理化学变化（水的蒸发，硅酸盐分 解，有机物及碳化物的气化，晶体转型及熔化），幵使生坯体积收缩，强度、 密度增加，最终形成致密、坚硬的具有某种显微结构烧结体的过程。
定义
采用高度精选或人工合成的原料，保 持精确的化学组成，经严格的、精确控制的 工艺斱法，达到设计要求的显微结构和精确 的尺寸精度，获得高新技术应用的优异性能 的陶瓷材料。
精细陶瓷主要有以下特点： （１）产品原料全都是在原子、分子水平上分离、精制的 高纯度的人造原料。 （２）在制备工艺上，精细陶瓷要有精密的成型工艺，制 品的成型不烧结等加工过程均需精确的控制。 （３）产品具有完全可控制的显微结构，以确保产品应用 于高技术领域。精细陶瓷具有多种特殊的性质，如高强度、 高硬度、耐磨耐蚀，同时在磁、电、热、声光、生物工程 等各斱面有特殊功能，因而使其在高温、机械、电子、计 算机、航天、医学工程各斱面得到广泛应用。
精细陶瓷概述
七、其它精细陶瓷
1.可贮存核废料的陶瓷 2.对CO2具有高吸收能力的锂硅酸盐 3.超塑性陶瓷 4.抗菌抗霉陶瓷 5.超塑性陶瓷
2、透明陶瓷
二、光导纤维
高纯度的二氧化硅 或称石英玻璃熔融 体中，拉出直径约 100μm的细丝，称 为石英玻璃纤维。
三、生瓷是由金属和陶瓷性非金属组成的烧 结材料。广义的金属陶瓷包括难熔化合物合 金、硬质合金、弥散型核燃料元件和控制棒 材料、金属粘结的金刚石工具材料等。狭义 的金属陶瓷是指难熔化合物钛、锆、铪、钒、 铌、钽、铬、钨、钼等和碳、硼、氮、硅等 形成的化合物与金属的烧结材料。。
氛保护下反应，产物沉积在石墨基体上。形 成一层致密的层。此法得到的氮化硅纯度较 高，其反应如下：
3 SiCl4 + 2 N2 + 6 H2 → Si3N4 +12HCl
高熔点氧化物陶瓷
高熔点氧化物陶瓷通常是指熔点超过SiO2熔 点（1728℃）的氧化物，大致有60多种，其 中 最 常 用 的 有 Al2O3 、 ZrO2 、 MgO 、 BeO 、 CaO和SiO2等六种。这些氧化物在高温下具 有优良的力学性能，耐化学腐蚀，特别是具 有优良的抗氧化性，好的电绝缘性，所以得 到广泛的应用。
精细陶瓷
第一节 概 述
一、定义和分类 一般认为：采用高度精选原料、具有精确的 化学组成、按照便于进行结构设计及控制的 制造方法进行制造加工的、具有优异特性的 陶瓷称精细陶瓷。
精细陶瓷主要有以下特点：
（１）产品原料全都是在原子、分子水平上分离、 精制的高纯度的人造原料。 （２）在制备工艺上，精细陶瓷要有精密的成型工 艺，制品的成型与烧结等加工过程均需精确的控制。 （３）产品具有完全可控制的显微结构，以确保产 品应用于高技术领域。精细陶瓷具有多种特殊的性 质，如高强度、高硬度、耐磨耐蚀，同时在磁、电、 热、声光、生物工程等各方面有特殊功能，因而使 其在高温、机械、电子、计算机、航天、医学工程 各方面得到广泛应用。
精细陶瓷标准
精细陶瓷标准精细陶瓷是一种经过精密加工的高性能陶瓷材料，具有优异的物理、化学和机械性能，广泛应用于航空航天、电子、汽车、医疗等领域。
为了规范精细陶瓷的生产和使用，制定了一系列精细陶瓷标准。
一、精细陶瓷的定义和分类精细陶瓷是指采用高纯度无机非金属材料，经过精密加工和烧结而成的陶瓷材料。
根据不同的用途和性能要求，精细陶瓷可以分为功能陶瓷和结构陶瓷两大类。
功能陶瓷主要指具有电、磁、光、热等功能的陶瓷材料，如压电陶瓷、磁性陶瓷、光纤陶瓷等；结构陶瓷主要指具有高强度、高韧性、耐高温、耐腐蚀等优异性能的陶瓷材料，如氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷等。
二、精细陶瓷的制备工艺精细陶瓷的制备工艺主要包括配料、成型、烧结和加工等环节。
其中，配料是基础，要求材料具有高纯度、高密度和均匀性；成型方法有多种，如干压成型、注射成型、流延成型等，应根据产品形状和性能要求选择合适的成型方法；烧结是关键环节，需要控制烧结温度、气氛和时间等因素，以保证材料的致密性和性能；加工主要是对烧结后的产品进行车削、铣削、磨削等机械加工，以获得所需的形状和精度。
三、精细陶瓷的性能要求精细陶瓷应具备优异的物理、化学和机械性能。
具体来说，功能陶瓷应具备稳定的物理和化学性能，如电性能、磁性能、光学性能等；结构陶瓷应具备高强度、高韧性、耐高温、耐腐蚀等性能。
此外，精细陶瓷还应具备良好的加工性能和可靠性，以满足使用要求。
四、精细陶瓷的质量控制为了保证精细陶瓷的性能和质量，需要在生产过程中进行严格的质量控制。
具体来说，需要控制原材料的质量和稳定性，严格控制生产工艺参数，对生产过程中的关键环节进行实时监控和记录，并对产品进行严格的检验和测试。
同时，还需要对生产设备进行定期维护和检查，确保设备的稳定性和可靠性。
五、精细陶瓷的应用领域精细陶瓷具有广泛的应用领域。
在航空航天领域，精细陶瓷可用于制造航空发动机零部件、卫星天线等高性能产品；在电子领域，精细陶瓷可用于制造电子元器件、集成电路封装等产品；在汽车领域，精细陶瓷可用于制造汽车发动机零部件、刹车片等产品；在医疗领域，精细陶瓷可用于制造人工关节、牙科种植物等生物医学产品。
精细功能陶瓷1
精细功能陶瓷姓名：学号：专业班级：摘要由于科学技术的高度发展，对陶瓷材料的性能、质量以及要求越来越高，促使部分陶瓷发展成为新型的具有特殊功能类型的材料。
这类陶瓷无论在性能和使用上，还是在制作工艺上都要求高度精细，故它与结构陶瓷一起，统称为精细陶瓷（新型陶瓷）。
就陶瓷材料的功能而言，有机械的、热的、化学的、电的、磁的、光的、辐射的和生物的各类功能。
以往，通常将具有单一功能的陶瓷，如机械功能、热功能和部分化学功能的陶瓷列为结构陶瓷；而将具有电、光、磁及部分化学功能的多晶无机固体材料。
关键词：导电陶瓷；生物陶瓷；高温超导陶瓷由于科学技术的高度发展，对陶瓷材料的性能、质量以及要求越来越高，促使部分陶瓷发展成为新型的具有特殊功能类型的材料。
就陶瓷材料的功能而言，有机械的、热的、化学的、电的、磁的、光的、辐射的和生物的各类功能。
以下我们将介绍导电陶瓷、生物陶瓷、高温超导陶瓷一、导电陶瓷：1.导电陶瓷理论依据：众所周知，通常陶瓷不导电，是良好的绝缘体。
某些氧化物陶瓷加热时，处于原子外层的电子可以获得足够的能量，以便克服原子核对它的吸引力，而成为可以自由运动的自由电子，这种陶瓷就变成导电陶瓷。
2.现在已经研制出的高温电子导电陶瓷材料：碳化硅陶瓷的最高使用温度为1450℃，二硅化钼陶瓷的最高使用温度为1650℃，氧化锆陶瓷的最高使用温度为2000℃，氧化钍陶瓷的最高使用温度高达2500℃。
3.此外，还有离子导电陶瓷和半导体陶瓷，各有千秋，各具不同的功能。
具有质子导电性的陶瓷目前已发现许多种，但作为实用材料，要求在较宽的温度和湿度范围内具有稳定的物理和化学性能，导电率高、适于高温工作及成本低等。
目前有实用价值的主要是SrCeO3系高温型质子导电陶瓷。
二、生物陶瓷：1.生物陶瓷的历史发展：生物陶瓷材料作为生物医学材料始于18世纪初。
1808年初成功制成了用于镶牙的陶齿。
在1871年，羟基磷灰石被人工合成。
1894年，H.Dreeman报道使用熟石膏作为骨替换材料。
热处理工艺上官晓峰知行相长敦德励学
学第8章 摩擦焊 第9章 超声波焊 第10章 铝热剂焊 第11章 爆炸焊
西安工业大学——材料与化工学院
现代加热技术及设备——刘志学
知 行 相 长
敦 第1章概述
第2章材料加热炉内气氛选用及设计基础
德 第3章加热炉内炉气的运动状态
敦 第1章 注射成型模具结构 德 第2章 注射成型模具设计
第3章 塑料制品设计
励 第4章 挤出成型模具设计
第5章 压缩成型工艺及模具设计
学 第6章 传递模具设计
第7章 其他成型模具设计 第8章 塑料成型新技术
西安工业大学——材料与化工学院
功能材料——金耀华
知 行 相 长
敦第1章 晶体学基础及材料性能 第2章 高分子基础 第3章 超导材料
德 第二篇 高温结构陶瓷
第一章 氧化物陶瓷 第二章 非氧化物陶瓷
励 第三章 复合材料
第三篇 功能陶瓷
学 第一章 电介质陶瓷
第二章 铁电陶瓷 第三章 敏感陶瓷 第四章 导电陶瓷 第五章 超导陶瓷 第六章 磁性陶瓷 第七章 陶瓷的金属化与封接
西安工业大学——材料与化工学院
粉末冶金——罗铁钢
课
4
长专业方向课
128 8
5
专业任选课
64
4
西安工业大学——材料与化工学院
XI’AN TECHNOLOGICAL UNIVERSITY
敦 注意事项： 每人只能选择一个专业方向。 知 德 专业方向一旦选定，输入教学网后，将不能更改。所以 请各同学选前认真考虑。 行 励 专业任选课中，热处理方向必须选择《现代加热技术及 设备》，铸造方向必须选择《热加工模具设计》。 相 学 每人在选修课中选3门即可，若多选，则必须要求修过， 长 否则影响学位授予和毕业。 选修课一旦选定，输入教学网后，将不能更改，所以请 各同学选前认真考虑
精细功能陶瓷
❖介电陶瓷的四种极化方式 ❖介电陶瓷材料与铁电陶瓷材料
陶瓷四种极化形式
❖电子极化：电子云发生变形而引起电荷重心 偏移形成电极化
❖离子极化：正、负离子分别沿电场方向发生 位移
❖偶极子趋向极化：非对称结构的偶极子在电 场的作用下，沿电场方向趋向与外电场一致 的方向而产生电极化
❖空间电荷极化：空间电荷在晶粒内和电畴中 移动，聚集于边界和表面而产生的极化
➢ 高温超导材料
高温超导体的结构
K2NiF4 结构
YBa2Cu3O6+x
总结
介质损耗
❖单位时间内因发热而消耗的能量
介质损耗是所有应用于交变电场中电介质的重要 的品质指标之一
极化模型
习题
1. 纳米材料有哪三个基本效应？分别加以描述。 2. 用图示描述压电晶体产生压电效应的机理。 3. 电光效应有哪两种形式，并对此分别加以叙述。 4. 稳定的氧化锆陶瓷在高温有哪些导电方式？ 5. 介电陶瓷材料在电场的作用下可产生哪四种极化
1. 薄膜型：厚度10-2～10-1μm 2. 厚膜型：厚度为几十微米 3. 多孔烧结体型
湿敏陶瓷
电子极化与离子极化
偶极子趋向极化、空间电荷极化
介电常数(dielectric constant)
❖介电常数即电容率(permittivity) ❖绝对介电常数ε0=1／μ0c2，
ε0：真空磁导率 c：光在真空中的速度
❖ 离子导电陶瓷：离子晶体中的带电离子以扩散的形 式运动而导电
阴离子导电体，如氧化锆陶瓷，氧气敏感元件 阳离子导电体，如β-氧化铝（氧化钠)陶瓷
介电铁电陶瓷
❖介电性与铁电性
介电性：带电粒子在电场下作微小位移形成电极 化而不产生电流
铁电性：材料本身具有自发极化特性。 （相对）介电常数、介质损耗、介电常数温度系
功能陶瓷介绍PPT课件
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超导材料
元素超导体 合金超导体 金属间化合物超导体 陶瓷超导体 高分子超导体
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a. 元素超导体
在低温常压下， 具有超导特性的化学 元素共有26种，由于 临界温度太低，无太 大实用价值
Nb 的 Tc 最 高 ， 仅为9.26K
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新型陶瓷与传统陶瓷
1. 在原料上，传统陶瓷以粘土为主要原料，新型陶瓷一般以人工合 成的氧化物、氮化物、硅化物、硼化物、碳化物为原料；
2. 在制备工艺上，传统陶瓷以炉窑为主要生产手段，新型陶瓷广泛
采用真空烧结、保护气氛烧结、热压、热等静压等手段；
3. 在性能上，特种陶瓷具有不同的特殊性质和功能，如高强度、高 硬度、耐腐蚀、导电、绝缘、以及在磁、电、光、声、生物工程 各方面具有的特殊功能，从而使其在高温、机械、电子、宇航、 医学工程各方面得到广泛的应用。
集成电路基片材料的要求是：高电阻率，导热性好 ，热膨胀系数小，耐热处理和化学处理。
氮化硅瓷基片具有高强度、热膨胀系数与硅材料匹 配、介电常数小、热导率高 。烧结温度1700C
4、氮化硼瓷基片(BN)
最突出的优点是高热导率与低电导率。
5、金刚石薄膜
金刚石是自然界中硬度最高的材料，同时又具有极
高的弹性模量。金刚石的热导率是所有已知物质中最高 的，室温下(300K)，金刚石的热导率是铜的5倍，液氮温 度下(77K)，金刚石的热导率则是铜的25倍。金刚石是一 种禁带很宽的材料，因而非掺杂的本征金刚石是极好的 电绝缘体。
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超导磁悬浮列车
时速 400 ~ 500km.
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氧化物涂 覆膜型 多孔烧结 体型 厚膜型 薄膜型
湿敏陶瓷
如果按测湿范围有高湿型(适用于相对湿度大于 70％RH)、中湿型(30％~70％RH)、低湿型(小于30％ RH)，全湿型(0％~100％RH)。
涂覆膜型由感湿瓷粉料调浆、涂覆、干调而成 。瓷粉涂覆膜型湿敏元件的感湿粉料为： Fe3O4 ， Fe2O3 ， Cr2O3 ， Al2O3 ， Sb2O3 ， TiO2 ， SnO2 ， ZnO ， CoO，CuO或这些粉料的混合体或再添加一些碱金属 氧化物，以提高其湿度敏感性。如性能较好的是以 Fe3O4为粉料的感湿元件。 多孔烧结体型由含有 30 ％ mol 的 TiO2 和 70 ％ mol 的MgCr2O4，在1300℃的空气中可烧结而成，其晶粒 平均直径为 1~2μm ，具有典型的颈状联接结构，瓷 粒四周有连通状气孔，孔径约为 0.05~0.3μm ，它具 有相当高的比表面积(0.1~0.3m2/g)，这对吸湿及脱湿 非常有利。
γ-Fe2O3接触还原性气体时，则转 变为Fe3O4，电阻大大降低，因而 出现气敏特性 主要用于检测异丁烷气体和石 油液化气
γ-Fe2O3
ZrO2
添加Y2O3，CaO改性的ZrO2陶瓷， 主要用于金属冶炼、钢水的氧 使用温度可达500℃以上 气检测、汽车排气系统 16
11.3.2 湿敏陶瓷
湿敏陶瓷是电阻随环境湿度而变化的一类功能陶 瓷。 湿敏陶瓷的优点有湿度传感器测试范围宽、响应 速度快、工作温度高、耐污染能力强。
11.1
导电陶瓷
● 某些氧化物陶瓷加热时，处于原子外层的电子可以获得足
够的能量，以便克服原子核对它的吸引力，而成为可以自 由运动的自由电子，这种陶瓷就变成导电陶瓷。
氧化物陶瓷 常温
加热
导体或半导体
电介质
导电陶瓷一般分为分为电子导电、离子导电、混合型 导电陶瓷。本节只介绍电子和离子导电陶瓷。
• 电子导电陶瓷：某些氧化物加热或者用其他方法激发，使 外层电子获得足够的能量，足以克服原子核对它的吸引力， 摆脱原子核对它的控制，而成为自由电子。这种陶瓷就成 了电子导体或半导体。
11.4铁氧体
铁氧体是磁性陶瓷的代表，是作为高频用 磁性材料而制备的金属氧化物烧结磁性体，它 分为软磁铁氧体和硬磁铁氧体两种。 相对于金属磁性材料的优缺点： 优点：半导体材料电阻率比金属材料高得多， 电容率高，并且高频特性好（磁导率、微波器 件）。 缺点：饱和磁化强度偏低，居里温度较低，其 磁性温度稳定性一般不及金属磁性材料好。
MnWO4和NiWO4是一种体积小、结构简单、工艺 方便、特性理想的厚膜型湿敏元件。整个厚膜工艺分 两步，一是感湿浆料的制备；二是用印刷法制作感湿 元件。浆料可以采用碳酸盐或直接采用氧化物，粉料 经混合研磨后压型煅烧，经粗磨、细磨达到一定细度 后加入有机粘合剂，然后调整浓度，充分混合至高度 均匀，便可得到印刷用的感湿瓷浆料。 采用溅射、阳极氧化、等离子CVD、溶胶 -凝胶等 方法可以制作湿敏陶瓷薄膜。目前常用的方法是阳极 氧化，即在磷酸、硫酸、草酸等电解溶液中对铝、钽 等金属进行阳极氧化，得到厚度为1~1000nm的表面氧 化膜。
11.4.1 软磁铁氧体
软磁铁氧体是以 Fe2O3 为主成分的亚铁磁性氧化 物，采用粉末冶金方法生产。已实用的铁氧体几乎都 是 Mn 铁氧体、 Ni 铁氧体等和 Zn 铁氧体 (ZnFe2O4 非磁性 铁氧体)的固溶体。 磁性材料的磁导率一般用下式表示：
式中 μ 为磁导率， IS 为饱和磁化强度， K 为磁晶各向异 性能，λ为磁致伸缩常数，σ为畸变应力，a, b为比例常 数。
2．Ni-ZLeabharlann 铁氧体Ni-Zn铁氧体电阻率等于或大于106Ω· cm，使用频
带比 Mn-Zn 铁氧体的高，主要用于中频以上。这种
铁氧体是由斯诺克研制成的，磁导率 μ0 和磁导率的 色散频率f0(兆赫)之间存在着斯诺克关系。
μ0×f0 ≈ 定值(1000)
电阻率高的 Ni-Zn 铁氧体的高频损耗，除涡流损
第11章
精细功能陶瓷
组员：鲍荣成、肖志军、钟世发、韦海龙
陶瓷的历史
• 陶瓷是陶器和瓷器的总称，是人类最早利用自然界 所提供的原料进行加工制造而成的材料。中国人早 在约公元前8000－2000年（新石器时代）就发明了 陶器。陶瓷材料大多是氧化物、氮化物、硼化物和 碳化物等。常见的陶瓷材料有粘土、氧化铝、高岭 土等。陶瓷材料一般硬度较高，但可塑性较差。除 了在食器、装饰的使用上，在科学、技术的发展中 亦扮演重要角色。陶瓷原料是地球原有的大量资源 黏土经过淬取而成。而粘土的性质具韧性，常温遇 水可塑，微干可雕，全干可磨；烧至700度可成陶 器能装水；烧至1230度则瓷化，可完全不吸水且耐 高温耐腐蚀。其用法之弹性，在今日文化科技中尚 有各种创意的应用。
• 常见的电子导电陶瓷有氧化锆、氧化钍及由复合氧化物组 成的铬酸镧陶瓷，可作为高温设备的电热材料，较之金属 电热导体，它们更耐高温和有良好的抗氧化性。
• 离子导电陶瓷：在固态离子型晶体中，带电离子备受限制， 但仍能以扩散的形式发生，从而产生离子导电。
• β —氧化铝陶瓷是一种有代表性阳离子导电体，可作为离 子浓度传感器，用于金属提纯等方面。
氧体的固溶体的组成，可得到磁导率和磁通 密度都很大的材料。
1．Mn-Zn铁氧体 Mn-Zn 铁 氧 体 或 Mn-Zn-Fe 铁 氧 体 的 ρ 比 较 小 (103Ω· cm以下)，饱和磁感应强度Bs很大。在K, λ≈0的 组成中，起始磁导率具有较大值。当然磁导率不仅 是晶体固有的性质，而且陶瓷的粒径和气孔率及有 关杂质对磁导率的影响都很大。
明代成化年间将军罐
元代青花瓷—百花亭罐
精细功能陶瓷
• 精细陶瓷，又称高性能陶瓷、高技术 陶瓷。按其用途可分成工程陶瓷和功 能陶瓷两大类。前者主要利用它们的 高硬度、高熔点、耐磨损、耐腐蚀性 能，又称结构陶瓷；后者主要利用它 们的光、声、电、热、磁等物理特性， 又称电子陶瓷。按化学组成可分成氧 化物类和非氧化物类。前者包括各种 氧化物和含氧酸盐；后者包括氮化物、 碳化物、硼化物等。前一类一般作功 能陶瓷用，后一类作工程陶瓷用。有 些品种用于制造发动机部件、汽车部 件、电视机、吹风机、火灾警报器、 高温挤型模具等。还可用于制造耐高 温喷嘴，适合国防的需要。本章只介 绍精细功能陶瓷。
气敏陶瓷其特性，大多通过待测气体在陶瓷表面 附着，产生某种化学反应（如氧化、还原反应）、与 表面产生电子的交换（俘获或释放电子）等作用来实 现的，这种气敏现象称为表面过程。尽管这种表面过 程在不同的陶瓷及不同的气氛中作用不尽相同，但大 多与陶瓷表面氧原子（离子）的活性（结合能）密切 相关。 气敏陶瓷按敏感体的烧结形式常可分为薄膜型、 厚膜型和多孔烧结体型。
11.3 气敏陶瓷和湿敏陶瓷
11.3.1 气敏陶瓷
气敏陶瓷一般都是某种类型的金属氧化物，通 过掺杂或非化学计量比的改变而使其半导化。它的 工作原理是利用陶瓷表面与气体接触时电阻的变化 来检测某一种或几种气体的。 因为其检测灵敏度通常为百万之一的量级，个 别可达十亿分之一的量级，远远超过动物的嗅觉感 知度，故有“电子鼻”之称。
传统陶瓷和新型（精细）陶瓷的区 别
传统陶瓷 新型陶瓷
制备原料
化学原料、工艺合成原 料（氧化物、氮化物、 天然矿物原料（粘土） 硅化物、硼化物、碳化 物等） 采取许多特殊措施（静 比较稳定，对材料显微 压、注射成型和气相沉 结构的要求不严（烧结） 积等先进方法）
制备工艺
应用
日用器皿、卫生洁具
工业技术、高新技术
I (aK b )
2 S
IS 增大， K 或 λσ 值减小时，磁导率增大。在制
备Zn铁氧体与其它铁氧体的固溶体时，由于IS
增大，磁导率也增大。另外，越接近居里温
度 Tc ， I2S 越减少。因为 (aK+bλσ) 项比 I2S 更迅速
减小，μ在居里温度附近出现峰值，这种现象
称为霍普金森效应。因此，选择适当的 Zn 铁
铁电陶瓷的应用
• 铁电陶瓷的特性决定了它的用途。利用其高介电常数，可 以制作大容量的电容器、高频用微型电容器、高压电容器、 叠层电容器和半导体陶瓷电容器等，电容量可高达 0.45μ F/cm2。利用其介电常数随外电场呈非线性变化的 特性，可以制作介质放大器和相移器等。利用其热释电性， 可以制作红外探测器等。此外，还有一种透明铁电陶瓷， 例如氧化铅（镧）、氧化锆（钛）系透明陶瓷,具有电光 效应（即其电畴状态的变化,伴随有光学性质的改变）。 通过外加电场对其电畴状态的控制、产生电控双折射、电 控光散射、电诱相变和电控表面变形等特性。可用于制造 光阀、光调制器、光存贮器、光显示器、光电传感器、光 谱滤波器、激光防护镜和热电探测器等。
11.2 介电铁电陶瓷
• 介电材料主要是通过控制其介电性质，使之呈现 不同的介电系数、低介电损耗和适当的介电常数 温度系数等性能，以适应各种用途的要求。
• 陶瓷的介电和铁电特性及极化 介电陶瓷材料在电场下产生的极化可分为四种： 电子极化、离子极化、偶电子极化和空间电荷极 化。
介电陶瓷材料
介电陶瓷 材料类别 温度补偿电容器 用介电陶瓷 原料 CaTiO3、TrO3、 MgTiO3与LaTiO3 复合 Mg—SiO2系陶瓷 性质 稳定的电容温度 系数和低介电损 耗 高介电常数、低 介电损耗、低膨 胀系数、低介电 常数温度系数 应用
透明铁电陶瓷
透明铁电陶瓷是一类具有电光效应的透明陶瓷。不含铅透 明铁电陶瓷：有铌酸钾钠、铌酸钠钡等，其中以研究PLZT 最为广泛。 PLZT陶瓷材料 锆钛酸铅镧陶瓷( PLZT) 是属PZT锆钛酸铅系压电陶瓷。 是Haertling G H在1970年用球磨和热压烧结工艺制备了 透明的光电陶瓷PLZT。 这是一种铁电陶瓷光电材料。其光学特性可被电场或者 通过拉伸或压缩而改变。用于各种光电存储器和显示设备 中。亦称为掺镧锆[酸铅]钛酸铅。 PLZT属于ABO3钙钛矿型结构，立方晶系，晶胞参数 a=4.078Å，A离子（Pb2+或La3+）处于立方体的八个 角顶上；B离子（Ti4+或Zr4+）处于体心位置；O2-离子位于 六个面心位置，共同构成氧八面体。B离子处于氧八面体 中心。Zr4+（或Ti4+）-O2-八面体的8个{111}面均垂直于 <111>轴。