第四章陶瓷材料4
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（碳化物等）加热，或者用其它的方法激发，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而成为自 由电子，这种陶瓷就成为电子导体或半导体。
7
现在已经研制出多种可在高温环境下应用的高温电子 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
压电陶瓷的应用
能量转换：压电陶瓷可以将机械能转换为电能，故可用于制造压电打 火机、移动X光机电源、炮弹引爆装置等。用压电陶瓷也可以把电能 转换为超声振动，用于探寻水下鱼群，对金属进行无损探伤，以及超 声清洗、超声医疗等。 传感：用压电陶瓷制成的传感器可用来检测微弱的机械振动并将其转 换为电信号，可应用于声纳系统、气象探测、遥感遥测、环境保护、 家用电器等。 驱动：压电驱动器是利用压电陶瓷的逆压电效应产生形变，以精确地 控制位移，可用于精密仪器与精密机械、微电子技术、光纤技术及生 物工程等领域。 频率控制：压电陶瓷还可以用来制造各种滤波器和谐振器。
当对材料施以压力时，材料中的正、 负束缚电荷之间的距离变小，极化 强度也变小。因此，原来吸附在电 极上的自由电荷，有一部分被释放， 以保持原来的形状。因而出现放电 荷现象。
13
逆压电效应（电能→机械能）
反之，在某些材料上施加电场，会产生机械变形，而 且其应变与电场强度成正比，这称为逆压电效应。
14
+ _
管与S2- 化合，直到Na消耗完毕，而S全部
转变为Na2S。
钠硫电池示意图
11
钠硫电池的特点与应用
电池单位质量或单位体积所具有的有效电能量高； 可大电流、高功率放电 ，瞬时间可放出其3倍的固有能量； 充放电效率高。由于采用固体电解质，所以没有通常采用液体电解质 二次电池的那种自放电及副反应，充放电电流效率几乎100％ ； 可重复使用1000次，且不存在污染问题。 不足：工作温度在300-350℃，所以电池工作时需要一定的加热保温。
为了使气敏元件能在常温下
工作，须采用催化剂，提高 气敏元件在常温下的灵敏
度。。
25
常见的气敏半导体陶瓷
常见的气敏陶瓷很多，已广泛 应用的有 SnO2 、 γ-Fe2O3 、 αFe2O3 、 ZnO 、 WO3 复合氧化
物系统及ZrO2、TiO2等。
SnO2气敏陶瓷的应用最为广泛，
SnO2气敏陶瓷
予半导体，并以负离子形式与半导体相吸， 而进入n型半导
体内的空穴使半导体内的电子数减少，因而陶瓷电阻值增 大。
24
半导体陶瓷的气敏特性与气体的吸附作用和催 化作用有关
常温下，物理吸附是吸附的
主要形式。随温度升高，化 学吸附增加，到某一温度达
到最大值。超过最大值后，
气体解吸的概率增加，物理 吸附和化学吸附同时减少。
在一定条件下具有电子、空穴电导或离子电导性能的陶瓷 称为导电陶瓷。 ① 电子导电陶瓷：现代陶瓷中的硅化物和硼化物（金属键和
共价键共存）、过渡金属的碳化物和氮化物（金属键为主，
共价键为辅）、非金属元素的碳化物和氮化物（共价键为 主，金属键为辅），这几类化合物构成的陶瓷都是电子导
电。氧化物陶瓷通常是不导电的绝缘体，但把某些氧化物
15
压电陶瓷点火器——燃气炉灶、燃气热水器、点火器
压 电 点 火 器
16
超声波马达
利用压电陶瓷的逆压电效应，直接把电能转换成机械能输出而 无需电磁线圈的新型电机。 结构简单、启动快、体积小、功耗低等特点。不产生磁干扰也 不怕磁干扰。它还可以低速运行而不用减速机构。
17
蜂鸣器和报警器
压电陶瓷的应用十分广泛，最典型的应用是蜂鸣器和安全 报警器，把陶瓷素坯轧成象纸一样的薄片烧成后，在它的 两面做上电极 ，然后极化，这样陶瓷就具有压电性了，然 后再把它与金属片粘合在一起，就做成一个蜂鸣器。当电 极通电时，压电陶瓷因逆压电效应产生振动，发出人耳可 以听到的声音。通过电子线路的控制，就可产生不同频率 的振动，从而发出不同的声音，蜂鸣器最早用在电子玩具 上，现在还被用于消防车、救护车、保险柜等处作为报警 器。
记忆性 耐热性
铁氧体磁石
计算机磁芯 耐火材料
热 功 能 陶 瓷
导热陶瓷
隔热陶瓷
导热性
隔热性
基板、散热元件
隔热材料
4
功能陶瓷分类（续）
光 功 能 陶 瓷 透明陶瓷 红外辐射陶瓷 发光陶瓷 生物惰性 生 物 抗 菌 陶 瓷 透光性 辐射性 光致、电致 发光 生物相容性 高压钠灯、激光元件、光存储元件、光开关 保暖内衣、红外医疗仪、生物助长器 路标标记牌、显示器标记、电子工业、国防 人工关节
间隙离子等缺陷，则可借助这些缺陷实现某些
离子的扩散。在外电场作用下，正负离子通过 晶体点阵中的缺陷按一定方向运动而导电，其 导电性能与强电解质液相近，因而称固体电解 质或快离子导体。
9
钠硫电池：利用β-Al2O3能导电的性质
β-Al2O3 实际上是一种含有碱金属 的铝酸盐，如由Na2O与Al2O3合成 的为Na- β-Al2O3 。Na- β-Al2O3 实 际上是由铝氧基块和钠氧层交叠 组成， [NaO]较“松散”，两层 [NaO]是由Al－O－Al链连接的。 在 [NaO] 层 中 ， Na ＋ 离 子 半 径 比 O2- 小得多，所以可以在“松散” 的层中移动、扩散和进行离子交 换，从而构成导电。
陶瓷元件与可燃气体接触时，表面发生-Fe2O3被还原成Fe3O4
的反应，电阻值降低，当可燃性气体逸散后， Fe3O4又恢复为 -Fe2O3。
而ZrO2气敏陶瓷主要用于氧气的检测。
气 敏 装 置
27
气敏陶瓷的应用
气敏传感器：能够感知环境中某种气体及其浓度的一 种敏感器件，它将气体的种类及浓度的有关信号转换 成电信号，根据这些电信号的强弱获得与检测气体在
19
4. 敏感陶瓷
敏感陶瓷的电性能随湿、热、光、电压及某些气体、某些离子 等外界条件的变化而产生敏感效应： 气敏陶瓷制成的气敏元件能对易燃、易爆、有毒、有害气体进
行监测、控制、报警和空气调节；
而热敏陶瓷可感知微小的温度变化，用于测温、控温； 湿敏陶瓷电阻随环境湿度而变化，用于测定环境湿度； 而用光敏陶瓷制成的电阻器可用作光电控制，进行自动送料、 自动曝光、和自动记数。
18
压电地震仪
地震发生的地方叫震源，震源一般在地壳内比较深的地方。从 震源开始，震动不断向四面八方传播。震动是一种机械波，当 地震仪中的压电陶瓷受到机械波的作用后，按照正压电效应， 就会感应出一定强度的电信号，这些信号可以在屏幕上显示或 是以其他形式表现出来。 由于压电陶瓷的压电效应非常灵敏，能精确测出几达因的力的 变化，甚至可以检测到十多米外昆虫拍打翅膀引起的空气扰动， 所以压电地震仪能精确地测出地震的强度。由于压电陶瓷能测 定声波的传播方向，故压电地震仪还能指示出地震的方位和距 离
铁电陶瓷 压电陶瓷
电 子 陶 瓷 热释电陶瓷 热敏 气敏 敏 感 湿敏 陶 瓷 光敏 压敏
铁电性 压电性
电热性 半导性、传感性 传感性 传感性 传感性 传感性
陶瓷电容器 超声换能器、谐振器、压电点火、压电电动机
探测红外辐射技术和温度测定 温度控制器、过热保护器 气体传感器、氧探头、气体报警器 湿度测量仪、湿度传感器 光敏电阻、光传感器、红外光敏元件 压力传感器
生物活性
医用陶瓷 银系
生物吸收性
诊断传感性 抑制和杀灭 细菌
人工骨材料
医疗诊断仪器、超声波治疗、检测器 抗菌日用瓷、抗菌建筑卫生瓷
钛系
化 学 陶 瓷 载体用陶瓷 催化用陶瓷
光催化杀菌
吸附性 催化性
抗菌涂料
汽车尾气催化载体、化工用催化载体 接触分解反应催化、排气净化催化
5
一、电子陶瓷
作为电子材料应用的陶瓷称电子陶瓷，主要分装置陶瓷、压电
Chapter 4
陶瓷材料
(Ceramic Materials)
第四节、几种新型功能陶瓷材料
功能陶瓷是指利用材料的电、磁、声、
光、热等性能或其耦合效应，来实现某
种使用功能的陶瓷。
900度下工作的光纤
2
功能陶瓷分类
分 类 陶瓷 绝缘陶瓷 介电陶瓷 特性 高绝缘性 介电性 主要用途 集成电路基片、封装陶瓷、高绝缘陶瓷 陶瓷电容器、微波陶瓷
陶瓷、介电陶瓷、敏感性陶瓷等几大类。 1.装置陶瓷 电子设备中作为安装、固定、保护其电子元件和 作为载流导体的绝缘支承以及各种电路基片用的
陶瓷材料，又称为电绝缘陶瓷。其特点是绝缘电
阻高、介电常数小、节电损耗小、机械强度高、 介电强度高、导热性好，热膨胀系数小，化学稳
定性和热稳定性好等。
6
2.导电陶瓷
环境中存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监
控、报警。
远距离探测气体是否有毒
28
气敏传感器的主要应用领域
29
实例—监控空气质量
汽车和工厂（锅炉）排放的NOx（ NO1、 NO2）属于污染大气 的物质。NASICON式生态监控气体气敏传感器已获得成功，以 Na3Zr2Si2PO12为基板，在它的电极表面涂上NaNO2的糊状水溶 液。这种传感器不受大气中水蒸气和二氧化碳的影响。
10
钠硫电池的原理：
将金属钠盛于Na-β-Al2O3 烧结管内，管外 为硫磺，从Na和S分别引出铜棒作电极。 当电池加热到100~500℃时，Na和S均熔化， 每个Na原子交出一个电子给阴极，Na原 子变为Na+。 Na+通过Na-β-Al2O3管进入硫磺熔体中。 在S与阳极接触处，S得到两个电子变为S2-， S2－和Na+反应生成Na2S。 当回路接通后，Na+ 不断通过Na-β-Al2O3
存在还原性气体时势垒降低，从而导致阻值减小。
23
能级生成理论
当SnO2、ZnO等n型半导体陶瓷表面吸附还原性气体时，气 体将电子给予半导体，并以正电荷与半导体相吸，而进入n 型半导体内的电子又束缚少数载流子空穴，使空穴与电子
的复合率降低，增大电子形成电流的能力，使陶瓷电阻值
下降 ； 当n型半导体陶瓷表面吸附氧化性气体时，气体将其空穴给
20
（1）气敏陶瓷——“电子鼻”
气敏陶瓷的电阻值随其所处环境的气氛而变，不同类型
的气敏陶瓷将对一种或几种气体特别敏感，其阻值将随 该种气体的浓度（分压力）作有规则的变化。
21
气敏陶瓷有两项特殊的本领：
其一，能吸附大量气味；其二 吸附气体后会引起电导（电阻
值）的变化。
例如当遇到可燃、易爆、有毒 气体时，产生电导率变化，可 产生电流，指示人们警惕，一 旦气体消散，它的电导值恢复
应用：电动汽车用的动力电池；储能电池，如电站负荷调平（即起削 峰平谷作用，将夜晚多余的电存储在电池里，到白天用电高峰时再从 电池中释放出来）、应急电源及瞬间补偿电源等。
12
3. 压电陶瓷
压电效应（机械能→电能）
某些材料在机械力作用下产生变形，会引起表面带 电的现象，而且其表面电荷密度与应力成正比，这 称为正压电效应。
正常。
22
气敏半导体陶瓷的作用机理
气敏陶瓷的特性，大多通过待测气体在陶瓷表面附着产生某 种化学反应（氧化、还原反应），或与表面产生电子交换 （俘获或释放电子）等作用实现的。
半导体气敏陶瓷的导电机理主要有能级生成理论和接触
粒界势垒理论。 接触粒界势垒理论：依据多晶半导体能带模型，在多晶界面 存在势垒，该势垒束缚电子在电场下的漂移运动，使之不容 易穿过势垒，当界面存在氧化性气体时势垒增加，电阻增大；
对可燃性气体(如氢、甲烷、丙
烷、乙醇、丙酮、 CO 、城市 煤气、天然气等)有较高灵敏度。
SnO2气敏元件
26
ZnO陶瓷出现最早，应用广泛性仅次于SnO2，在ZnO中添加Pt 和Pd等金属对吸附各种气体的灵敏度有重要影响。掺Pt的ZnO 对异丁烷、丙烷、乙烷等碳化氢气体灵敏度高，而掺Pd的ZnO 对氢和CO的灵敏度高，对碳氢化合物的灵敏度就较低。 -Fe2O3气敏陶瓷主要用于检测异丁烷和石油液化气等，当这种
3
功能陶瓷分类（续）
电 子 陶 瓷
半导体陶瓷 快离子导体陶瓷 超导陶瓷 软磁
半导性 离子导电性 超导性 软磁性
电炉、避雷器、噪声消除、温度传感器 氧传感器陶瓷、钠-硫电池固体电解质 电力系统、磁悬浮、选矿、探矿、电子 记录磁头、温度传感器、磁芯、电波吸 收体
磁 性 陶 瓷
硬磁
记忆用铁磁 耐热陶瓷
硬磁性
的最高使用温度为2000℃，氧化钍陶瓷的最高使用温 度高达2500℃。 铬酸镧导电陶瓷是新型电热材料， 其使用温度可达 1800℃，空气中
的使用寿命在 1700小时以上，用
于 1500~ 1800℃的高温电炉，是 最好的电热材料。
导电陶瓷
8
② 离 子 导 电 陶 瓷 ： 如 氧 化 锆 、 β-Al2O3 、 Na-βAl2O3 等，是离子晶体的氧化物或复合氧化物。 晶体结构中存在着非密堆积或一定量的空位、
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现在已经研制出多种可在高温环境下应用的高温电子 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
压电陶瓷的应用
能量转换：压电陶瓷可以将机械能转换为电能，故可用于制造压电打 火机、移动X光机电源、炮弹引爆装置等。用压电陶瓷也可以把电能 转换为超声振动，用于探寻水下鱼群，对金属进行无损探伤，以及超 声清洗、超声医疗等。 传感：用压电陶瓷制成的传感器可用来检测微弱的机械振动并将其转 换为电信号，可应用于声纳系统、气象探测、遥感遥测、环境保护、 家用电器等。 驱动：压电驱动器是利用压电陶瓷的逆压电效应产生形变，以精确地 控制位移，可用于精密仪器与精密机械、微电子技术、光纤技术及生 物工程等领域。 频率控制：压电陶瓷还可以用来制造各种滤波器和谐振器。
当对材料施以压力时，材料中的正、 负束缚电荷之间的距离变小，极化 强度也变小。因此，原来吸附在电 极上的自由电荷，有一部分被释放， 以保持原来的形状。因而出现放电 荷现象。
13
逆压电效应（电能→机械能）
反之，在某些材料上施加电场，会产生机械变形，而 且其应变与电场强度成正比，这称为逆压电效应。
14
+ _
管与S2- 化合，直到Na消耗完毕，而S全部
转变为Na2S。
钠硫电池示意图
11
钠硫电池的特点与应用
电池单位质量或单位体积所具有的有效电能量高； 可大电流、高功率放电 ，瞬时间可放出其3倍的固有能量； 充放电效率高。由于采用固体电解质，所以没有通常采用液体电解质 二次电池的那种自放电及副反应，充放电电流效率几乎100％ ； 可重复使用1000次，且不存在污染问题。 不足：工作温度在300-350℃，所以电池工作时需要一定的加热保温。
为了使气敏元件能在常温下
工作，须采用催化剂，提高 气敏元件在常温下的灵敏
度。。
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常见的气敏半导体陶瓷
常见的气敏陶瓷很多，已广泛 应用的有 SnO2 、 γ-Fe2O3 、 αFe2O3 、 ZnO 、 WO3 复合氧化
物系统及ZrO2、TiO2等。
SnO2气敏陶瓷的应用最为广泛，
SnO2气敏陶瓷
予半导体，并以负离子形式与半导体相吸， 而进入n型半导
体内的空穴使半导体内的电子数减少，因而陶瓷电阻值增 大。
24
半导体陶瓷的气敏特性与气体的吸附作用和催 化作用有关
常温下，物理吸附是吸附的
主要形式。随温度升高，化 学吸附增加，到某一温度达
到最大值。超过最大值后，
气体解吸的概率增加，物理 吸附和化学吸附同时减少。
在一定条件下具有电子、空穴电导或离子电导性能的陶瓷 称为导电陶瓷。 ① 电子导电陶瓷：现代陶瓷中的硅化物和硼化物（金属键和
共价键共存）、过渡金属的碳化物和氮化物（金属键为主，
共价键为辅）、非金属元素的碳化物和氮化物（共价键为 主，金属键为辅），这几类化合物构成的陶瓷都是电子导
电。氧化物陶瓷通常是不导电的绝缘体，但把某些氧化物
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压电陶瓷点火器——燃气炉灶、燃气热水器、点火器
压 电 点 火 器
16
超声波马达
利用压电陶瓷的逆压电效应，直接把电能转换成机械能输出而 无需电磁线圈的新型电机。 结构简单、启动快、体积小、功耗低等特点。不产生磁干扰也 不怕磁干扰。它还可以低速运行而不用减速机构。
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蜂鸣器和报警器
压电陶瓷的应用十分广泛，最典型的应用是蜂鸣器和安全 报警器，把陶瓷素坯轧成象纸一样的薄片烧成后，在它的 两面做上电极 ，然后极化，这样陶瓷就具有压电性了，然 后再把它与金属片粘合在一起，就做成一个蜂鸣器。当电 极通电时，压电陶瓷因逆压电效应产生振动，发出人耳可 以听到的声音。通过电子线路的控制，就可产生不同频率 的振动，从而发出不同的声音，蜂鸣器最早用在电子玩具 上，现在还被用于消防车、救护车、保险柜等处作为报警 器。
记忆性 耐热性
铁氧体磁石
计算机磁芯 耐火材料
热 功 能 陶 瓷
导热陶瓷
隔热陶瓷
导热性
隔热性
基板、散热元件
隔热材料
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功能陶瓷分类（续）
光 功 能 陶 瓷 透明陶瓷 红外辐射陶瓷 发光陶瓷 生物惰性 生 物 抗 菌 陶 瓷 透光性 辐射性 光致、电致 发光 生物相容性 高压钠灯、激光元件、光存储元件、光开关 保暖内衣、红外医疗仪、生物助长器 路标标记牌、显示器标记、电子工业、国防 人工关节
间隙离子等缺陷，则可借助这些缺陷实现某些
离子的扩散。在外电场作用下，正负离子通过 晶体点阵中的缺陷按一定方向运动而导电，其 导电性能与强电解质液相近，因而称固体电解 质或快离子导体。
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钠硫电池：利用β-Al2O3能导电的性质
β-Al2O3 实际上是一种含有碱金属 的铝酸盐，如由Na2O与Al2O3合成 的为Na- β-Al2O3 。Na- β-Al2O3 实 际上是由铝氧基块和钠氧层交叠 组成， [NaO]较“松散”，两层 [NaO]是由Al－O－Al链连接的。 在 [NaO] 层 中 ， Na ＋ 离 子 半 径 比 O2- 小得多，所以可以在“松散” 的层中移动、扩散和进行离子交 换，从而构成导电。
陶瓷元件与可燃气体接触时，表面发生-Fe2O3被还原成Fe3O4
的反应，电阻值降低，当可燃性气体逸散后， Fe3O4又恢复为 -Fe2O3。
而ZrO2气敏陶瓷主要用于氧气的检测。
气 敏 装 置
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气敏陶瓷的应用
气敏传感器：能够感知环境中某种气体及其浓度的一 种敏感器件，它将气体的种类及浓度的有关信号转换 成电信号，根据这些电信号的强弱获得与检测气体在
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4. 敏感陶瓷
敏感陶瓷的电性能随湿、热、光、电压及某些气体、某些离子 等外界条件的变化而产生敏感效应： 气敏陶瓷制成的气敏元件能对易燃、易爆、有毒、有害气体进
行监测、控制、报警和空气调节；
而热敏陶瓷可感知微小的温度变化，用于测温、控温； 湿敏陶瓷电阻随环境湿度而变化，用于测定环境湿度； 而用光敏陶瓷制成的电阻器可用作光电控制，进行自动送料、 自动曝光、和自动记数。
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压电地震仪
地震发生的地方叫震源，震源一般在地壳内比较深的地方。从 震源开始，震动不断向四面八方传播。震动是一种机械波，当 地震仪中的压电陶瓷受到机械波的作用后，按照正压电效应， 就会感应出一定强度的电信号，这些信号可以在屏幕上显示或 是以其他形式表现出来。 由于压电陶瓷的压电效应非常灵敏，能精确测出几达因的力的 变化，甚至可以检测到十多米外昆虫拍打翅膀引起的空气扰动， 所以压电地震仪能精确地测出地震的强度。由于压电陶瓷能测 定声波的传播方向，故压电地震仪还能指示出地震的方位和距 离
铁电陶瓷 压电陶瓷
电 子 陶 瓷 热释电陶瓷 热敏 气敏 敏 感 湿敏 陶 瓷 光敏 压敏
铁电性 压电性
电热性 半导性、传感性 传感性 传感性 传感性 传感性
陶瓷电容器 超声换能器、谐振器、压电点火、压电电动机
探测红外辐射技术和温度测定 温度控制器、过热保护器 气体传感器、氧探头、气体报警器 湿度测量仪、湿度传感器 光敏电阻、光传感器、红外光敏元件 压力传感器
生物活性
医用陶瓷 银系
生物吸收性
诊断传感性 抑制和杀灭 细菌
人工骨材料
医疗诊断仪器、超声波治疗、检测器 抗菌日用瓷、抗菌建筑卫生瓷
钛系
化 学 陶 瓷 载体用陶瓷 催化用陶瓷
光催化杀菌
吸附性 催化性
抗菌涂料
汽车尾气催化载体、化工用催化载体 接触分解反应催化、排气净化催化
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一、电子陶瓷
作为电子材料应用的陶瓷称电子陶瓷，主要分装置陶瓷、压电
Chapter 4
陶瓷材料
(Ceramic Materials)
第四节、几种新型功能陶瓷材料
功能陶瓷是指利用材料的电、磁、声、
光、热等性能或其耦合效应，来实现某
种使用功能的陶瓷。
900度下工作的光纤
2
功能陶瓷分类
分 类 陶瓷 绝缘陶瓷 介电陶瓷 特性 高绝缘性 介电性 主要用途 集成电路基片、封装陶瓷、高绝缘陶瓷 陶瓷电容器、微波陶瓷
陶瓷、介电陶瓷、敏感性陶瓷等几大类。 1.装置陶瓷 电子设备中作为安装、固定、保护其电子元件和 作为载流导体的绝缘支承以及各种电路基片用的
陶瓷材料，又称为电绝缘陶瓷。其特点是绝缘电
阻高、介电常数小、节电损耗小、机械强度高、 介电强度高、导热性好，热膨胀系数小，化学稳
定性和热稳定性好等。
6
2.导电陶瓷
环境中存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监
控、报警。
远距离探测气体是否有毒
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气敏传感器的主要应用领域
29
实例—监控空气质量
汽车和工厂（锅炉）排放的NOx（ NO1、 NO2）属于污染大气 的物质。NASICON式生态监控气体气敏传感器已获得成功，以 Na3Zr2Si2PO12为基板，在它的电极表面涂上NaNO2的糊状水溶 液。这种传感器不受大气中水蒸气和二氧化碳的影响。
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钠硫电池的原理：
将金属钠盛于Na-β-Al2O3 烧结管内，管外 为硫磺，从Na和S分别引出铜棒作电极。 当电池加热到100~500℃时，Na和S均熔化， 每个Na原子交出一个电子给阴极，Na原 子变为Na+。 Na+通过Na-β-Al2O3管进入硫磺熔体中。 在S与阳极接触处，S得到两个电子变为S2-， S2－和Na+反应生成Na2S。 当回路接通后，Na+ 不断通过Na-β-Al2O3
存在还原性气体时势垒降低，从而导致阻值减小。
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能级生成理论
当SnO2、ZnO等n型半导体陶瓷表面吸附还原性气体时，气 体将电子给予半导体，并以正电荷与半导体相吸，而进入n 型半导体内的电子又束缚少数载流子空穴，使空穴与电子
的复合率降低，增大电子形成电流的能力，使陶瓷电阻值
下降 ； 当n型半导体陶瓷表面吸附氧化性气体时，气体将其空穴给
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（1）气敏陶瓷——“电子鼻”
气敏陶瓷的电阻值随其所处环境的气氛而变，不同类型
的气敏陶瓷将对一种或几种气体特别敏感，其阻值将随 该种气体的浓度（分压力）作有规则的变化。
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气敏陶瓷有两项特殊的本领：
其一，能吸附大量气味；其二 吸附气体后会引起电导（电阻
值）的变化。
例如当遇到可燃、易爆、有毒 气体时，产生电导率变化，可 产生电流，指示人们警惕，一 旦气体消散，它的电导值恢复
应用：电动汽车用的动力电池；储能电池，如电站负荷调平（即起削 峰平谷作用，将夜晚多余的电存储在电池里，到白天用电高峰时再从 电池中释放出来）、应急电源及瞬间补偿电源等。
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3. 压电陶瓷
压电效应（机械能→电能）
某些材料在机械力作用下产生变形，会引起表面带 电的现象，而且其表面电荷密度与应力成正比，这 称为正压电效应。
正常。
22
气敏半导体陶瓷的作用机理
气敏陶瓷的特性，大多通过待测气体在陶瓷表面附着产生某 种化学反应（氧化、还原反应），或与表面产生电子交换 （俘获或释放电子）等作用实现的。
半导体气敏陶瓷的导电机理主要有能级生成理论和接触
粒界势垒理论。 接触粒界势垒理论：依据多晶半导体能带模型，在多晶界面 存在势垒，该势垒束缚电子在电场下的漂移运动，使之不容 易穿过势垒，当界面存在氧化性气体时势垒增加，电阻增大；
对可燃性气体(如氢、甲烷、丙
烷、乙醇、丙酮、 CO 、城市 煤气、天然气等)有较高灵敏度。
SnO2气敏元件
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ZnO陶瓷出现最早，应用广泛性仅次于SnO2，在ZnO中添加Pt 和Pd等金属对吸附各种气体的灵敏度有重要影响。掺Pt的ZnO 对异丁烷、丙烷、乙烷等碳化氢气体灵敏度高，而掺Pd的ZnO 对氢和CO的灵敏度高，对碳氢化合物的灵敏度就较低。 -Fe2O3气敏陶瓷主要用于检测异丁烷和石油液化气等，当这种
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功能陶瓷分类（续）
电 子 陶 瓷
半导体陶瓷 快离子导体陶瓷 超导陶瓷 软磁
半导性 离子导电性 超导性 软磁性
电炉、避雷器、噪声消除、温度传感器 氧传感器陶瓷、钠-硫电池固体电解质 电力系统、磁悬浮、选矿、探矿、电子 记录磁头、温度传感器、磁芯、电波吸 收体
磁 性 陶 瓷
硬磁
记忆用铁磁 耐热陶瓷
硬磁性
的最高使用温度为2000℃，氧化钍陶瓷的最高使用温 度高达2500℃。 铬酸镧导电陶瓷是新型电热材料， 其使用温度可达 1800℃，空气中
的使用寿命在 1700小时以上，用
于 1500~ 1800℃的高温电炉，是 最好的电热材料。
导电陶瓷
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② 离 子 导 电 陶 瓷 ： 如 氧 化 锆 、 β-Al2O3 、 Na-βAl2O3 等，是离子晶体的氧化物或复合氧化物。 晶体结构中存在着非密堆积或一定量的空位、