功能材料试题B参考答案

功能材料试题B参考答案
一、名词解释（共24分，每个3分）
居里温度：铁电体失去自发极化使电畴结构消失的最低温度（或晶体由顺电相到铁电相的转变温度）。

铁电畴：铁电晶体中许许多多晶胞组成的具有相同自发极化方向的小区域称为铁电畴。

电致伸缩：在电场作用下，陶瓷外形上的伸缩（或应变）叫电致伸缩。

介质损耗：陶瓷介质在电导和极化过程中有能量消耗，一部分电场能转变成热能。

单位时间内消耗的电能叫介质损耗。

n型半导体：主要由电子导电的半导体材料叫n型半导体。

电导率：电导率是指面积为1cm2，厚度为1cm的试样所具有的电导（或电阻率的倒数或它是表征材料导电能力大小的特征参数）。

压敏电压：一般取I=1mA时所对应的电压作为I随V陡峭上升的电压大小的标志称压敏电压。

施主受主相互补偿：在同时有施主和受主杂质存在的半导体中，两种杂质要相互补偿，施主提供电子的能力和受主提供空状态的能力因相互抵消而减弱。

二、简答（共42分，每小题6分）
1.化学镀镍的原理是什么？
答：化学镀镍是利用镍盐溶液在强还原剂（次磷酸盐）的作用下，在具有催化性质的瓷件表面上，使镍离子还原成金属、次磷酸盐分解出磷，获得沉积在瓷件表面的镍磷合金层。

由于镍磷合金具有催化活性，能构成催化自镀，使得镀镍反应得以不断进行。

2.干压成型所用的粉料为什么要造粒？造粒有哪几种方式？各有什
么特点？
答：为了烧结和固相反应的进行，干压成型所用粉料颗粒越细越好，但是粉料越细流动性越差；同时比表面积增大，粉料占的体积也大。

干压成型时就不能均匀地填充模型的每一个角落常造成空洞、边角不致密、层裂、弹性后效等问题。

为了解决以上问题常采用造粒的方法。

造粒方式有两种方式：加压造粒法和喷雾干燥法。

加压造粒法的特点是造出的颗粒体积密度大、机械强度高、能满足大型和异型制品的成型要求。

但是这种方法生产效率低、自动化程度不高。

喷雾干燥法可得到流动性好的球状团粒，产量大、可连续生产，适合于自动化成型工艺。

但是这种方法得到的团粒体积密度不如喷雾干燥法大、机械强度不如喷雾干燥法高。

3.铁电体与反铁电体的自发极化有何不同特点？并分别解释为什么总的
ΣP＝0？
答;铁电体自发极化的特点是单元晶胞中的偶极子成对的按相同方向平行排列，晶体中存在着一个个由许多晶胞组成的自发极化方向相同的小区域－铁电畴，但各个铁电畴的极化方向是不同的、杂乱无章的
分布；反铁电体自发极化的特点是单元晶胞中的偶极子成对的按相反方向平行排列且这两部分偶极子的偶极矩大小相等方向相反。

铁电体ΣP＝0是由于一般情况下整个铁电晶体的内部不同方向取向的电畴其自发极化强度可相互抵消，所以铁电晶体的ΣP＝0；反铁电体晶胞中偶极子以反平行方向排列偶极子的偶极矩在晶胞内部自行抵消，所以对外不显示极性ΣP＝0。

4.独石电容器的的特点是什么？
答：性能特点：大容量、小体积、长寿命、高可靠性适应电子设备向集成化、小型化发展；工艺特点：合并了烧银和薄膜制坯工艺；结构特点：涂有金属电极浆料的陶瓷坯体以多层交替堆叠的方式叠合起来，使陶瓷材料和电极同时烧成一个整体。

5.什么是受主？形成有效受主掺杂的条件是什么（以SrTiO3为例说明）？
什么是受主能级？形成受主能级有哪几种方式？
答：受主是能够在禁带提供空能级的杂质；形成有效受主的条件以SrTiO3为例，若想取代Sr2＋（或Ti4＋）， 1）掺杂离子与Sr2＋（或Ti4＋）半径相近；2）掺杂离子电价低于Sr2＋（或Ti4＋）。

受主杂质上的电子态相应的能级是受主能级；形成受主能级的方式有：低价外来阳离子替位；阳离子缺位；阴离子添隙等。

6.什么是半导体陶瓷，半导体陶瓷的能带结构有什么特点？
答：半导体陶瓷是导电能力介于导体和绝缘体之间的陶瓷。

能带结构特点是价带全部被电子填满，禁带没有被电子填充是全空的，禁带宽度小于绝缘体一般小于2ev。

7.气敏陶瓷吸附气体有哪几种具体情况？各有什么电学特点？
答：气敏陶瓷吸附气体有四种具体情况： 1）N型半导体吸附氧化性气体其特点是N型半导体的载流子数目减少，电导率减小；2）N型半导体吸附还原性气体其特点是N型半导体的载流子数目增多，电导率增大；3）P型半导体吸附氧化性气体其特点是P型半导体的载流子数目增多，电导率增大；4）P型半导体吸附还原性气体其特点是P型半导体的载流子数目减少，电导率减小
三、论述题（共34分）
1、SrTiO3基陶瓷半导化的条件是什么？用氧挥发半导化机理进行解释。

（10分）
答：SrTiO3基陶瓷半导化的条件是还原性气氛和施主掺杂同时具备缺一不可。

根据氧挥发半导化机理1）施主离子的加入导致阳离子空位锶空位的产生。

2）锶空位的出现大大削弱了空位近邻的钛氧八面体的Ti-O结合键。

3）在还原气氛中高温烧结时，氧通过扩散挥发在晶格中形成氧空位，氧空位电离而成为N型半导体。

2、BaTiO3基铁电电容器与 BaTiO3基晶界层电容器的配方组成、微
观结构及生产工艺有何不同？并解释为什么晶界层电容器的视在介电常数比铁电电容器大几十倍。

（12分）
答：配方组成上，BaTiO3基铁电电容器根据具体性能要求加入移峰剂和压峰剂等，而BaTiO3基晶界层电容器一般要加入施主掺杂剂促进半导化。

微观结构上，BaTiO3基铁电电容器晶粒是介电常数较大的BaTiO3晶体；BaTiO3基晶界层电容器是由半导化的晶粒和晶粒表面的一层介电常数较大的介质层组成且晶粒。

生产工艺上，BaTiO3基铁电电容器是在氧化气氛下烧成； BaTiO3基晶界层电容器的半导化阶段还原气氛更有利且一般需要两次烧结。

晶界层电容器等效电路相当于一个阻容网络，其视在介电常数ε≈(d2/d1)εb,其中d1为晶界绝缘介质层的厚度，d2为半导化晶粒的直径，ε
纯BaTiO3的介电常数。

由于d2＞＞d1可达几十倍，所以晶界层电b
容器的视在介电常数比铁电电容器大几十倍。

3、ZnO压敏陶瓷的相组成及每一相的作用是什么？并描述其显微结
构的连续分布图像。

（12分）
答：ZnO压敏陶瓷的相组成为：ZnO相，其作用是构成陶瓷的主晶相，由于Zn的添隙或Co的溶入使它具有n型电导的特征；富铋相，由于富铋相溶有大量的ZnO和少量的Sb2O3所以富铋相有助于液相烧结。

又由于富铋相在晶粒边界结晶溶有大量的ZnO少量的Sb2O3、CoO、MnO2等对于产生高非线性有作用。

另外，还有抑制晶粒生长
的作用；立方尖晶石相，是不连续的，它对陶瓷的非线性不起直接作用，但由于该相和ZnO以及富铋相在高温下共存，所以它对各成分向各相的分配起作用使富铋相具有一个特定的组成。

又由于它在ZnO 晶粒边界凝结故能抑制晶粒的生长；立方焦绿石相，该相也是不连续的，对陶瓷的非线性不起作用，但在高温时能与作用生成富铋相。

ZnO显微结构的连续分布图像：ZnO晶粒构成陶瓷的主体多处ZnO 晶粒的晶粒边界没有晶界相，上述其它各相主要分布在三到四个ZnO 晶粒的交角处是不连续的，富铋层很薄（约2nm）处在大多数ZnO －ZnO晶粒之间，对非线性起重要作用。