功能陶瓷 PPT课件
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个人ppt 功能陶瓷的分类
5、光敏陶瓷
光敏陶瓷也称光敏电阻瓷，属半导体陶瓷。 由于材料的电特性不同以及光子能量的差 异，它在光的照射下吸收光能，产生不同的光 电效应：光电导效应和光生伏特效应。
四、超导陶瓷
四、超导陶瓷
具有超导性的陶瓷材料。其主要特性是在 一定临界温度下电阻为零即所谓零阻现象。 超导体的分类，从材料来分，可分为三大 类，即元素超导体、合金或化合物超导体、氧 化物超导体（即陶瓷超导体）。
三、敏感陶瓷
定义：当作用于材料元件上的某一外界条件如温度、 压力、湿度、气氛、电场、磁场、光及射线等改变 时，能引起该材料某种物理性能的变化，从而能从 这些元件上准确迅速地获得某种有用的信号。
分类：热敏、压敏、湿敏、气敏、声波敏感陶瓷、 磁敏和多敏性陶瓷
三、敏感陶瓷—热敏陶瓷
1、热敏陶瓷
热敏陶瓷是一类电阻率随温度发生明显变 化的材料，用于制作温度传感器、线路温度补 偿及稳频的元件-------热敏电阻。 其优点是品种繁多，可以满足不同用途的 需要；灵敏度高、稳定性好、容易制造、价格 便宜。 按照热敏陶瓷的阻温特性，可把热敏陶瓷分为 负温度系数NTC热敏陶瓷：正温度系数PTC 热敏陶瓷；临界温度热敏电阻CTR及线性阻 温特性热敏陶瓷四大类。
一、电子陶瓷—电介质陶瓷
一、电子陶瓷—电介质陶瓷
（3）. 压电陶瓷
电介质陶瓷中的第三大类即为压电陶瓷，它
包括压电陶瓷、热释电陶瓷和铁电陶瓷三种。
陶瓷在外加力场作用下出现宏观的压电效应， 称为压电陶瓷。
压电陶瓷的优点是价格便宜，可以批量生产，
能控制极化方向，添加不同成分，可改变压电特 性。
一、电子陶瓷—导电陶瓷
2、导电陶瓷
众所周知，通常陶瓷不导电，是良好的绝缘 体。例如在氧化物陶瓷中，原子的外层电子受原 子核吸引，束缚在原子周围，不能自由运动。使 氧化物陶瓷不能导电。然而，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。
光敏陶瓷也称光敏电阻瓷，属半导体陶瓷。 由于材料的电特性不同以及光子能量的差 异，它在光的照射下吸收光能，产生不同的光 电效应：光电导效应和光生伏特效应。
四、超导陶瓷
四、超导陶瓷
具有超导性的陶瓷材料。其主要特性是在 一定临界温度下电阻为零即所谓零阻现象。 超导体的分类，从材料来分，可分为三大 类，即元素超导体、合金或化合物超导体、氧 化物超导体（即陶瓷超导体）。
三、敏感陶瓷
定义：当作用于材料元件上的某一外界条件如温度、 压力、湿度、气氛、电场、磁场、光及射线等改变 时，能引起该材料某种物理性能的变化，从而能从 这些元件上准确迅速地获得某种有用的信号。
分类：热敏、压敏、湿敏、气敏、声波敏感陶瓷、 磁敏和多敏性陶瓷
三、敏感陶瓷—热敏陶瓷
1、热敏陶瓷
热敏陶瓷是一类电阻率随温度发生明显变 化的材料，用于制作温度传感器、线路温度补 偿及稳频的元件-------热敏电阻。 其优点是品种繁多，可以满足不同用途的 需要；灵敏度高、稳定性好、容易制造、价格 便宜。 按照热敏陶瓷的阻温特性，可把热敏陶瓷分为 负温度系数NTC热敏陶瓷：正温度系数PTC 热敏陶瓷；临界温度热敏电阻CTR及线性阻 温特性热敏陶瓷四大类。
一、电子陶瓷—电介质陶瓷
一、电子陶瓷—电介质陶瓷
（3）. 压电陶瓷
电介质陶瓷中的第三大类即为压电陶瓷，它
包括压电陶瓷、热释电陶瓷和铁电陶瓷三种。
陶瓷在外加力场作用下出现宏观的压电效应， 称为压电陶瓷。
压电陶瓷的优点是价格便宜，可以批量生产，
能控制极化方向，添加不同成分，可改变压电特 性。
一、电子陶瓷—导电陶瓷
2、导电陶瓷
众所周知，通常陶瓷不导电，是良好的绝缘 体。例如在氧化物陶瓷中，原子的外层电子受原 子核吸引，束缚在原子周围，不能自由运动。使 氧化物陶瓷不能导电。然而，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。
《功能陶瓷材料》PPT课件
《材料物理导论》
第7章
功能陶瓷材料物理
编辑ppt
1
前言
材料可以分成三大类，金属、陶瓷、有机高分子。
金属材料的基本特征是：由金属元素原子构成，原子之间 的结合是金属键，含有许多自由电子。
有机高分子材料的基本特征是：主要由碳、氧、氢、硅等 非金属元素原子构成，原子之间的结合主要是共价键，一般 没有自由电子。
为了提高陶瓷质量，人们对粉料制备进行了许 多研究，发明了多种制备超细陶瓷粉料的方法。其 中，湿化学法尤其重要。
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14
1、共沉淀法
共沉淀是指溶液中一种不溶或难溶成分在形成沉淀过程中， 将共存的某些其它组分一起带着沉淀下去的现象。
共沉淀的原理基于表面吸附、形成混晶、异电核胶态物质相 互作用及包藏等。
金属蒸汽真空弧离子源离子注入离子束增强辅助沉积等离子源离子注入激光表面合金化激光化学气相沉积等离子体辅助化学气相沉积双层辉光等离子体表面合金化脉冲高能量等离子体表面改性技术离子注入装置举例离子注入材料表面改性的强化机理离子注入后能显著提高材料表面的硬度耐磨性耐疲劳性抗腐蚀和抗氧化等性能其改性的机理认为主要有以下几种
高度均匀性，高纯性，可降低烧结温度，可在分子水平上进
行组元控制。
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17
例: YSZ粉的Sol－Gel法制备 异丙醇锆 醋酸钇
↓混合搅拌 均匀溶液
↓吸水；水解－聚合反应 溶胶 ↓干燥 凝胶
↓ 煅烧
↓ YSZ粉末 纳米级大小
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18
三、一些特殊的烧结方法：
1、热压烧结：
就是在对样品施加压力的条件下烧结。
吸附共沉淀：特征是主沉淀成分表面积大、吸附力强， 故吸附和富集效率高。
混晶共沉淀：两种金属离子和一种沉淀剂形成的晶形、 晶核相似的晶体，称为混晶。如PbSO4-SrSO4混晶。
第7章
功能陶瓷材料物理
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1
前言
材料可以分成三大类，金属、陶瓷、有机高分子。
金属材料的基本特征是：由金属元素原子构成，原子之间 的结合是金属键，含有许多自由电子。
有机高分子材料的基本特征是：主要由碳、氧、氢、硅等 非金属元素原子构成，原子之间的结合主要是共价键，一般 没有自由电子。
为了提高陶瓷质量，人们对粉料制备进行了许 多研究，发明了多种制备超细陶瓷粉料的方法。其 中，湿化学法尤其重要。
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14
1、共沉淀法
共沉淀是指溶液中一种不溶或难溶成分在形成沉淀过程中， 将共存的某些其它组分一起带着沉淀下去的现象。
共沉淀的原理基于表面吸附、形成混晶、异电核胶态物质相 互作用及包藏等。
金属蒸汽真空弧离子源离子注入离子束增强辅助沉积等离子源离子注入激光表面合金化激光化学气相沉积等离子体辅助化学气相沉积双层辉光等离子体表面合金化脉冲高能量等离子体表面改性技术离子注入装置举例离子注入材料表面改性的强化机理离子注入后能显著提高材料表面的硬度耐磨性耐疲劳性抗腐蚀和抗氧化等性能其改性的机理认为主要有以下几种
高度均匀性，高纯性，可降低烧结温度，可在分子水平上进
行组元控制。
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17
例: YSZ粉的Sol－Gel法制备 异丙醇锆 醋酸钇
↓混合搅拌 均匀溶液
↓吸水；水解－聚合反应 溶胶 ↓干燥 凝胶
↓ 煅烧
↓ YSZ粉末 纳米级大小
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18
三、一些特殊的烧结方法：
1、热压烧结：
就是在对样品施加压力的条件下烧结。
吸附共沉淀：特征是主沉淀成分表面积大、吸附力强， 故吸附和富集效率高。
混晶共沉淀：两种金属离子和一种沉淀剂形成的晶形、 晶核相似的晶体，称为混晶。如PbSO4-SrSO4混晶。
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• 在制备工艺上，突破了传统陶瓷以炉窑为主 要生产手段的界限，广泛采用真空烧结，保 护气氛烧结、热压、热静压等手段。
• 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。
• 陶瓷器即使在高温下仍保持坚硬、不燃、不生 锈，能承受光照或加压和通电，具有许多优良
性能
• 广义陶瓷定义为无机原料经过热处理后的“陶
瓷器”制品的总称
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22
1.1 精细陶瓷定义与分类
• 相对这种用天然无机物烧结的传统陶瓷
➢精细陶瓷 (Fine Ceramics)又称先进陶瓷(Advan ced Ceramics)： 以精制的高纯天然无机物或人工合成的 无机化合物为原料，采用精密控制的制 造加工工艺烧结，具有远胜过以往独特 性能的优异特性的陶瓷
(定义、分类、特性、制备方法、应用)
• 功能陶瓷材料
(电介质陶瓷、敏感陶瓷、磁性陶瓷、 超导陶瓷、生物陶瓷)
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第一节 精细陶瓷
• 精细陶瓷作为仅次于金属、塑料的“第三类材 料”，正在越来越多地在结构材料方面崭露头
脚，成为现代工程材料的三大支柱之一
• 陶瓷原大多数指料
郑伟宏
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1
1、陶瓷材料的发展概况
陶瓷在人类生活和社会建设中是不 可缺少的材料，它和金属材料、高分子 材料并列为当代三大固体材料。
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2
我国的陶瓷研究历史悠久、成就辉煌， 它是中华文明的伟大象征之一，在我国 的文化和发展史上占有极其重要的地位。
功能陶瓷介绍ppt
超导计算机
用超导芯片将大大提高计算机的运算速度，并减少体积。 美国IBM公司研制的一台运算速度为8000万次/秒的超导计 算机，体积只有一部电话机大小，其元件不发热，可长时 间高效率运行。
超导材料的应用实例
电力输送与储存 目前有大约30%的电能损耗在输电线路上 ，采用超导体输电，可大大减少损耗，且省去 了变压器和变电所。 使用巨大的超导线圈，经供电励磁产生磁 场而储存能量。超导磁储能系统所存能量几乎 可以无损耗的储存下去，其转换率可高达95% 。
超导磁悬浮列车
时速 400 ~ 500km.
电阻的现象。 超导体：低于某一温度出现超导电性的物质。
超导电性的基本特征
➢ 完全导电性（零电阻）
➢ 完全抗磁性：迈斯纳 （Meissner)效应
处于超导状态的金属，不 管其经历如何，磁感应强度B始 终为零。
磁力线不能进入 超导体内部
观察迈斯纳效应的磁悬浮试验
在锡盘上放一条永久磁铁，当温度低于锡的 转变温度时，小磁铁会离开锡盘飘然升起， 升至一定距离后，便悬空不动了，这是由于 磁铁的磁力线不能穿过超导体，在锡盘感应 出持续电流的磁场，与磁铁之间产生了排斥 力，磁体越远离锡盘，斥力越小，当斥力减 弱到与磁铁的重力相平衡时，就悬浮不动了。
绝缘陶瓷，它必须具备如下性能: • 体积电阻率ρ ≥ 1012 Ωcm • 相对介电常数ε ≤30 • 损耗因子≤0.001 • 介电强度≥ 5.0KV/mm
➢ 陶瓷存在电子式载流子和离子式载流子。其中 离子式载流子占主要影响。
➢ 离子电导率受离子的荷电量和扩散系数的影响 。荷电量和体积越小越容易扩散，因此碱离子 影响比较大。
钠—硫电池的金属电极容易发生腐蚀，尤其在高温条件下 更是如此。腐蚀作用是多种多样的，除因电极腐蚀而减少导电 能力外，还可能在电极表面形成一种增加接触电阻的表面层， 最终导致电池工作性能变坏，寿命缩短。
用超导芯片将大大提高计算机的运算速度，并减少体积。 美国IBM公司研制的一台运算速度为8000万次/秒的超导计 算机，体积只有一部电话机大小，其元件不发热，可长时 间高效率运行。
超导材料的应用实例
电力输送与储存 目前有大约30%的电能损耗在输电线路上 ，采用超导体输电，可大大减少损耗，且省去 了变压器和变电所。 使用巨大的超导线圈，经供电励磁产生磁 场而储存能量。超导磁储能系统所存能量几乎 可以无损耗的储存下去，其转换率可高达95% 。
超导磁悬浮列车
时速 400 ~ 500km.
电阻的现象。 超导体：低于某一温度出现超导电性的物质。
超导电性的基本特征
➢ 完全导电性（零电阻）
➢ 完全抗磁性：迈斯纳 （Meissner)效应
处于超导状态的金属，不 管其经历如何，磁感应强度B始 终为零。
磁力线不能进入 超导体内部
观察迈斯纳效应的磁悬浮试验
在锡盘上放一条永久磁铁，当温度低于锡的 转变温度时，小磁铁会离开锡盘飘然升起， 升至一定距离后，便悬空不动了，这是由于 磁铁的磁力线不能穿过超导体，在锡盘感应 出持续电流的磁场，与磁铁之间产生了排斥 力，磁体越远离锡盘，斥力越小，当斥力减 弱到与磁铁的重力相平衡时，就悬浮不动了。
绝缘陶瓷，它必须具备如下性能: • 体积电阻率ρ ≥ 1012 Ωcm • 相对介电常数ε ≤30 • 损耗因子≤0.001 • 介电强度≥ 5.0KV/mm
➢ 陶瓷存在电子式载流子和离子式载流子。其中 离子式载流子占主要影响。
➢ 离子电导率受离子的荷电量和扩散系数的影响 。荷电量和体积越小越容易扩散，因此碱离子 影响比较大。
钠—硫电池的金属电极容易发生腐蚀，尤其在高温条件下 更是如此。腐蚀作用是多种多样的，除因电极腐蚀而减少导电 能力外，还可能在电极表面形成一种增加接触电阻的表面层， 最终导致电池工作性能变坏，寿命缩短。
稀土功能陶瓷材料-课件
气敏传感器
稀土功能陶瓷材料的表面活性和 气敏性能使其在气体传感器中具 有广泛应用。
储氢材料
稀土功能陶瓷材料的孔结构和特 殊吸附性能使其成为理想的储氢 材料。
生物医学材料
稀土功能陶瓷材料的生物相容性 和药物传输性能使其在生物医学 领域具有潜在应用。
市场前景
1 全球市场概览
稀土功能陶瓷材料市场正在迅速增长，预计 未来几年将保持良好发展态势。
2 发展趋势与前景
随着新技术的不断涌现和应用领域的扩大， 稀土功能陶瓷材料有望在未来发展中发挥更 大的作用。
总结
稀土功能陶瓷材料具有独特的特点和广泛的应用领域，但也存在一些挑战。 未来发展的重点将是提高材料性能和拓宽应用领域。
制备方法
1 热处理制备法
通过高温烧结和热处理将稀土氧化物与其他 化合物反应得到陶瓷材料。
2 溶胶-凝胶法
通过溶胶和凝胶的形成过程控制陶瓷材料的 结构和性能。
3 液相制备法
通过液相反应得到稀土功能陶瓷材料。
4 物理-化学合成法
结合物理和化学方法制备稀土功能陶瓷材料。
性能表征
1
结构表征
使用X射线衍射和扫描电子显微镜等技术分析稀土功能陶瓷材料的结构。
稀土功能陶瓷材料-课件
欢迎来到稀土功能陶瓷材料的课件！在本课件中，我们将了解稀土功能陶瓷 材料的特点、制备方法、性能表征、应用领域和市场前景。
概述
稀土功能陶瓷材料是一类具有特殊功能和优异性能的材料。它们具有高温稳 定性、电学性能、机械性能等特点，广泛应用于储能器件、光伏电池、气敏 传感器、储氢材料和生物医学材料等领域。
2
物理性质表征
通过测量热膨胀系数、热导率和电阻率等参数来评估稀土功能陶瓷材料的物理性 能。
功能陶瓷 PPT课件
• 超导陶瓷广泛的应用于一些电力领域。 例如：超导磁体制成了超导发电机， 超导输电线路等；超导计算机，有超 导材料制成的晶体管，在避免超大规 模集成电路散热的同时，还减少了计 算机的容量和体积，最终大大提高了 计算机的运行速度；利用超导材料还 发明了磁悬浮列车，给人们的出行带 来了极大的便利。
超导陶瓷
• 磁性陶瓷的应用非常广泛，主要用于 两个方面：第一方面就是信息存储， 如磁盘、磁卡、软硬磁盘等；第二方 面就是磁性流体，外加磁场时，磁性 流体表现为顺磁性。新兴发展起来的 如磁性药流载体就是一个很好的例子。
磁性陶瓷
化学陶瓷
• 化学功能指一些化学物质遇到陶 瓷材料会表现出的敏感性、催化性、 吸附性等性质。特别利用其表现出的 催化性和吸附性可制成在化工领域里 必不可少的催化剂及其载体。另外还 可利用一些孔材料用于污水治理、环 境保护等方面。
容器达百亿支，在计算机中完成记忆功 能。而敏感陶瓷的电性能随湿、热、光、 力等外界条件的变化而产生敏感效应： 热敏陶瓷可感知微小的湿度变化，用于 测温、控温；而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。 磁性陶瓷是部分重要的信息记录材料。
化学陶瓷
其他功能陶瓷
•
此外，还有半导体陶瓷、绝缘陶瓷、 介电陶瓷、发光陶瓷、感光陶瓷、吸 波陶瓷、激光用陶瓷、核燃料陶瓷、 推进剂陶瓷、太阳能光转换陶瓷、贮 能陶瓷、陶瓷固体电池、阻尼陶瓷、 生物技术陶瓷、催化陶瓷、特种功能 薄膜等，在自动控制、仪器仪表、电 子、通讯、能源、交通、冶金、化工、
• 所谓压电效应是指某些介质在力的作 用下，产生形变，引起介质表面带电， 这是正压电效应。反之，施加激励电 场，介质将产生机械变形，称逆压电 效应。这种奇妙的效应已经被科学家 应用在与人们生活密切相关的许多领 域，以实现能量转换、传感、驱动、 频率控制等功能。
光催化抗菌功能陶瓷介绍PPT
涂次数( 1，2，5，10) 可得到厚度不同的光催化膜。其抗 菌性能显示，黑光灯光照条件下，5 次浸涂的膜比2 次和1 次浸涂膜具有更大的光催化活性。这主要是由于随着膜厚 的增加，光催化反应表面积增大，对光的吸收能力增强， 光催化活性提高。但10 次浸涂膜与5 次浸涂膜相比，两者 的抗菌性能基本上没有什么差异。这是由于膜厚的过分增 大，表面凝聚加著，在烧结过程中晶粒粒径增大， 薄膜 中有效粒子表面积相对减少的缘故
五、TiO2纳米粒子的光催化
• 5.1什么是光催化 • 光催化特性是半导体具有的独特性能之一。光照射下
把光能转化为化学能，促进化合物的合成或降解的过 程称为光催化。 • 光催化的具体过程 • 半导体材料中电子分布的特征是在它的导带和价带之 间有带隙存在。许多化合物半导体的价带是满的，导 带是空的。当它们受到光照时，只要光子能量超过半 导体的带隙能()时， 就能使电子从价带跃迁到导带， 从而产生导带电子和价带空穴。这类导带电子有很强 的还原力而价带空穴则有很强的氧化力。只要能够抑 制或延缓电子-空穴的复合过程，就有可能利用这类光 生载流子来氧化或还原半导体表面上的吸附物。
• 氧化钛剂抗菌陶瓷适于建筑卫生陶瓷高温烧成， 但烧成温度越高，抗菌性越低。因此要做抗菌率 较高的内墙砖比较容易，地板次之，卫生陶瓷最 难。
• 氧化钛抗菌陶瓷存在薄膜与坯体结合不紧密的问 题，这主要是由于烧成温度过低造成的。这样的 薄膜抗洗刷能力较差，由于薄膜厚度不均易产生 彩虹效应。解决这些问题除了要注意烧成温度外 还可以在釉料中适量添加改性剂以改善其结合性 能。
氧化钛系抗菌
• 纳米Ti02经光催化产生的空穴和形成于表面的活
性氧类能与细菌细胞或细胞内的组成成分进行生 化反应，使细菌单元失活而导致细胞死亡，并且 使细菌死亡后产生的内毒素分解 • 日本最近开发出用于Ti涂覆的抗菌陶瓷，在光照 下可完全杀死其表面的细菌。最近福州大学也研 制出坚固的掺杂Ti02膜的陶瓷材料，对大肠杆菌 和空气中的浮游菌具有稳定的杀灭作用和抑制细 菌生长的能力
五、TiO2纳米粒子的光催化
• 5.1什么是光催化 • 光催化特性是半导体具有的独特性能之一。光照射下
把光能转化为化学能，促进化合物的合成或降解的过 程称为光催化。 • 光催化的具体过程 • 半导体材料中电子分布的特征是在它的导带和价带之 间有带隙存在。许多化合物半导体的价带是满的，导 带是空的。当它们受到光照时，只要光子能量超过半 导体的带隙能()时， 就能使电子从价带跃迁到导带， 从而产生导带电子和价带空穴。这类导带电子有很强 的还原力而价带空穴则有很强的氧化力。只要能够抑 制或延缓电子-空穴的复合过程，就有可能利用这类光 生载流子来氧化或还原半导体表面上的吸附物。
• 氧化钛剂抗菌陶瓷适于建筑卫生陶瓷高温烧成， 但烧成温度越高，抗菌性越低。因此要做抗菌率 较高的内墙砖比较容易，地板次之，卫生陶瓷最 难。
• 氧化钛抗菌陶瓷存在薄膜与坯体结合不紧密的问 题，这主要是由于烧成温度过低造成的。这样的 薄膜抗洗刷能力较差，由于薄膜厚度不均易产生 彩虹效应。解决这些问题除了要注意烧成温度外 还可以在釉料中适量添加改性剂以改善其结合性 能。
氧化钛系抗菌
• 纳米Ti02经光催化产生的空穴和形成于表面的活
性氧类能与细菌细胞或细胞内的组成成分进行生 化反应，使细菌单元失活而导致细胞死亡，并且 使细菌死亡后产生的内毒素分解 • 日本最近开发出用于Ti涂覆的抗菌陶瓷，在光照 下可完全杀死其表面的细菌。最近福州大学也研 制出坚固的掺杂Ti02膜的陶瓷材料，对大肠杆菌 和空气中的浮游菌具有稳定的杀灭作用和抑制细 菌生长的能力
功能陶瓷材料PPT课件
2021
9
先进陶瓷（Advanced ceramics）又称现代陶瓷， 是为了有别于传统陶瓷而言的。
先进陶瓷有时也称为精细陶瓷(Fine Ceramics)、 新型陶瓷(New Ceramics)、特种陶瓷(Special Ceramics)和高技术陶瓷(High-Tech. Ceramics)等。
目前，功能陶瓷主要用于电、磁、光、声、热
和化学等信息的检测、转换、传输、处理和存储等，
并已在电子信息、集成电路、计算机、能源工程、
超声换能、人工智能、生物工程等众多近代科技领
域显示出广阔的应用前景。
2021
22
根据功能陶瓷组成结构的易调性和可控性，可 以制备超高绝缘性、绝缘性、半导性、导电性和超 导电性陶瓷；
2021
30
黏土作用概括为五个方面：
1)黏土的可塑性是陶瓷坯泥赖以成形的基础。 2)黏土使注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性。 3)黏土一般呈细分散颗粒，同时具有结合性。 4)黏土是陶瓷坯体烧结时的主体，黏土中的Al2O3含量和杂质含
量是决定陶瓷坯体的烧结程度、烧结温度和软化温度的主要 因素； 5)黏土是形成陶器主体结构和瓷器中莫来石晶体的主要来源。
黏土的组成：黏土的组成可从几个方面来分析，一般可 从矿物组成、化学组成和颗粒组成三个方面来进行分析。
2021
29
黏土的性质 黏土的性质对陶瓷的生产有很大的影响。它主要包括可塑 性、结合性、离子交换性、触变性、干燥收缩和烧成收缩、烧 结温度与烧结范围和耐火度等。
黏土的工艺性质 主要取决于黏土的矿物组成、化学组成与颗粒组成。其中， 矿物组成是基本因素。 黏土在加热过程中的变化包括两个阶段：脱水阶段与脱水 后产物的继续转化阶段。
稀土功能陶瓷材料课件
1 Qm 4 C0 C1 R1f
C0为元件的静电容，R1为元件谐振时的
等效电阻，C1为谐振等效电容，Δf为元件
的谐振频率fr与反谐振频率fa之差，Qm是 无量纲的物理量。
2.晶体的铁电性
• 陶瓷材料是通过粉粒之间的固相反应和 烧结过程而获得的微细晶粒不规则集合 而成的多晶体。 • 陶瓷体内部晶粒取向是随机的，整体而 言，不会出现自极化现象。无压电效应
对PbTiO3而言，在温度高于490℃时 ，上述晶胞具有立方对称性(c=a),晶 胞内的正负电荷重心重合，不能自发 极化；当温度降至490℃以下时，其 晶体结构转变为四方对称性从而使晶 胞内的正负电荷重心偏移，沿C轴方 向产生自发极化。 ABO3型化合物的晶体结构发生变化 的温度称为居里温度，在Tc以下，晶 胞参数c和a随温度而变化，且c/a随温 度的降低而增大。
•1.晶体的压电性 •①.压电效应：一般说来，对晶体施加 压力、张力或切向力，该晶体就会发 生形变，而对某些晶体施加应力时， 还会在此晶体中出现，发射与所受应 力成比例的介质极化现象，在晶体两 端出现数量相等的正负电荷，这种现 象称为正压电效应； •相反，当在晶体上施加电压引起极化 时，产生与电场强度成比例的形变或 机械应力，这种现象称为逆压电效应
②稀土锆钛酸铅压电陶瓷
在锆钛酸铅陶瓷中掺入 锆钛酸铅（PZT）是钛酸铅 (PbTiO3)和锆酸铅(PbZrO3)的无限 固溶体。 在锆钛酸铅固溶体中，由于Ti4+ 的离子半径与Zr4+的离子半径相近 ，且两种离子的化学性能相似,因此 PbTiO3和PbZrO3能以任何比例形成 连续固溶体。
压电电压
机电耦 合常数
压 电 应 变 常 数
在PZT中掺入RE2O3，实际上是三 价La3+、Sm3+、Nd3+等取代Pb2+.由 于稀土取代的电价较高，且高温时 铅容易挥发，通常导致铅缺位的形 成。
材料科学前沿之功能陶瓷优秀课件
材料科学前沿之功能陶瓷优秀课件
Various effects in materials
INPUT
Material Device
OUTPUT
OUTPUT INPUT ELEC. FIELD MAG. FIELD STRESS HEAT LIGHT
CHARGE
MAGNETI STRAIN
CURRENT
侧重于高技术和军事工程，在水声、电光、光电子、红外技 术和半导体封装等领域处于优势。 韩国：近年来在电子陶瓷领域发展迅速，引人注目。
材料科学前沿之功能陶瓷优秀课件
二、功能陶瓷的研究现状
1．装置陶瓷 1）主要包括用于电子技术、微电子技术和光电子技术中起电
绝缘作用的陶瓷装置零件、陶瓷基片以及多层陶瓷封装等。 2）装置陶瓷是功能陶瓷中市场份额最大的一类材料，大体上
2） 微波介质陶瓷的主要性能要求是：适当的介电常数、高Q 值（低介 电可损分耗为）五和类近：零谐振温度系数f。根据其性能与用途，微波介质陶瓷
①超低损耗类。主要是钡基复合钙钛矿陶瓷，其性能指标为=20~30，
在10GHz时，Q 信。
>
20000，-5×10-6
<f
<
5×10-6
/℃，主要用于卫星通
②合中钙介钛电矿常陶数瓷类，。其包性括能B指aT标i4O为9、=B30a~2T40i9O，2在0、4(GZHr,Szn时)T, QiO>4及5部00分0，钡-基复 10×10-6 < f < 10×10-6 /℃，主要用于卫星通信及移动通信基站。
★随着电子整机向数字化、高频化、多功能化和薄、轻、小、便携式 的方向发展，压电陶瓷器件也在向片式化、多层化和微型化方向发 展。
★近年来，包括多层压电变压器、多层压电驱动器、片式化压电频率 器件、声表面波（SAW）器件等一些新型压电陶瓷器件不断研制成 功，并得到应用。
Various effects in materials
INPUT
Material Device
OUTPUT
OUTPUT INPUT ELEC. FIELD MAG. FIELD STRESS HEAT LIGHT
CHARGE
MAGNETI STRAIN
CURRENT
侧重于高技术和军事工程，在水声、电光、光电子、红外技 术和半导体封装等领域处于优势。 韩国：近年来在电子陶瓷领域发展迅速，引人注目。
材料科学前沿之功能陶瓷优秀课件
二、功能陶瓷的研究现状
1．装置陶瓷 1）主要包括用于电子技术、微电子技术和光电子技术中起电
绝缘作用的陶瓷装置零件、陶瓷基片以及多层陶瓷封装等。 2）装置陶瓷是功能陶瓷中市场份额最大的一类材料，大体上
2） 微波介质陶瓷的主要性能要求是：适当的介电常数、高Q 值（低介 电可损分耗为）五和类近：零谐振温度系数f。根据其性能与用途，微波介质陶瓷
①超低损耗类。主要是钡基复合钙钛矿陶瓷，其性能指标为=20~30，
在10GHz时，Q 信。
>
20000，-5×10-6
<f
<
5×10-6
/℃，主要用于卫星通
②合中钙介钛电矿常陶数瓷类，。其包性括能B指aT标i4O为9、=B30a~2T40i9O，2在0、4(GZHr,Szn时)T, QiO>4及5部00分0，钡-基复 10×10-6 < f < 10×10-6 /℃，主要用于卫星通信及移动通信基站。
★随着电子整机向数字化、高频化、多功能化和薄、轻、小、便携式 的方向发展，压电陶瓷器件也在向片式化、多层化和微型化方向发 展。
★近年来，包括多层压电变压器、多层压电驱动器、片式化压电频率 器件、声表面波（SAW）器件等一些新型压电陶瓷器件不断研制成 功，并得到应用。
功能陶瓷材料 敏感陶瓷全解课件
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主要用途：温度控制与测量、等温发热体、过热保护等。 此外， 还可用于彩电消磁器、节能用电子整流器、程控电话保安器及冰 箱电机的启动器等。
NTC热敏电阻陶瓷
NTC热敏陶瓷的电阻率随温度的升高而降低，是具有负温度-电 阻系数的电阻陶瓷材料。
NTC热敏陶瓷大多数是尖晶石结构或其它结构的氧化物陶瓷， 多数含有一种或多种过渡金属氧化物，主要成分是CoO，NiO， MnO，CuO，ZnO，MgO，ZrO2等。
其优点有限制电压低；响应速度快；对称的伏安特性（即产品无极 性）；电压温度系数低
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4.2.3 气敏陶瓷
1962年田口尚义发现用SnO3烧结体制备元件的 电阻率对各种可燃性气体非常敏感，它在不同气体 中的电阻率不同、在浓度不同的同一种气体中的电 阻率也不相同，具有这种特性的陶瓷称为气敏陶瓷 (gas sensor)。气敏陶瓷对某种气体有敏感性，对其他 气体可能有或没有敏感性。事实上，有应用价值的气 敏陶瓷往往利用材料对某种气体的单一敏感性，用作 检测和分析气体的种类和浓度，特别用于易燃、易爆 和有毒气体的检测。
PTC陶瓷的电阻率与温度的关系
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BaTiO3陶瓷是否具有PTC效应，完全由其晶粒和晶界的电性能 决定。只有晶粒充分半导体化，晶界具有适当绝缘性的BaTiO3陶 瓷才有显著的PTC效应。
BaTiO3的半导体化可有二种途径：强制还原法和施主掺杂法。
强制还原法-----是在真空、惰性气体或还原气体中加热，使 BaTiO3失氧，其内部产生氧缺位。这种方法不仅使晶粒半 导体化而且晶界也被半导体化，因此不适用于制造PTC陶瓷。
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根据元件的功函数与被吸附气体功函数的大小，可将吸附 气体分为两类：
如果被吸附气体的电子亲合力大于气敏元件表面的功函数， 被吸附气体的分子会从元件表面夺取电子而以负离子的形式吸附。 具有负离子吸附的气体称为氧化性（或电子受容性）气体，如 O2、NO2等；
功能陶瓷材料-电功能陶瓷ppt课件
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缺陷对陶瓷导电的影响
晶体缺陷对陶瓷导电行为的影响比较复杂。陶瓷中点缺陷对材 料电性能影响较大，一般都是使陶瓷材料的电导有所增加。
例如立方ZrO2，其结构中的正离子作立方密堆积，负离子占据全部 四面体间隙，而全部八面体间隙空着，这就便于其他离子在其间移动。 如果在立方ZrO2中加入8at%的Y2O3，Y3+部分替代Zr4+后在晶格中形成部 分氧离子空位，使ZrO2的导电性增强。
功能陶瓷
❖ 功能陶瓷主要是指利用除机械性能外的陶瓷的其它 物理性能，包括导电和半导体性能、绝缘性和介电性、 磁性和热学性能、各种敏感特性，机、电、磁、光、 热等物理性能之间的耦合和转换效应，以及化学和生 物效应制成的一大类材料。
1
电功能陶瓷：
绝缘陶瓷、介电陶瓷、 铁电陶瓷、压电陶瓷、 半导体陶瓷、快离子导 体陶瓷、高温超导陶瓷
和点缺陷不同，位错、层错、晶界等晶体缺陷一般会降低陶瓷 材料的导电性。
12
掺杂可能改变陶瓷材料的导电性。
例如在ZnO中掺杂Al3+ 可以增加材料的导电性，原因是当三价的铝 替代了二价的锌后，原先二价锌的位置上变成了三价的离子。为了保持 电中性，使得Al3+附近的锌变成了一价，而一价锌是不稳定的，又会变成 二价的锌，同时放出一个电子，增加了材料的导电性。
3Leabharlann ❖ 对于传统陶瓷，人们利用陶瓷材料的电性能主要是其绝缘 性能；而对于先进陶瓷材料，除了其绝缘性能外，人们更关 心的是陶瓷材料的导电能力。目前高温超导氧化物的导电能 力已超过金属，得到应用的先进陶瓷材料的电导率覆盖了从 良导体到绝缘体的范围。
❖ 陶瓷材料的导电机制比较复杂，其导电性能与材料组成、 掺杂、微结构、晶体缺陷、制备工艺及后处理过程等密切相 关。
缺陷对陶瓷导电的影响
晶体缺陷对陶瓷导电行为的影响比较复杂。陶瓷中点缺陷对材 料电性能影响较大，一般都是使陶瓷材料的电导有所增加。
例如立方ZrO2，其结构中的正离子作立方密堆积，负离子占据全部 四面体间隙，而全部八面体间隙空着，这就便于其他离子在其间移动。 如果在立方ZrO2中加入8at%的Y2O3，Y3+部分替代Zr4+后在晶格中形成部 分氧离子空位，使ZrO2的导电性增强。
功能陶瓷
❖ 功能陶瓷主要是指利用除机械性能外的陶瓷的其它 物理性能，包括导电和半导体性能、绝缘性和介电性、 磁性和热学性能、各种敏感特性，机、电、磁、光、 热等物理性能之间的耦合和转换效应，以及化学和生 物效应制成的一大类材料。
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电功能陶瓷：
绝缘陶瓷、介电陶瓷、 铁电陶瓷、压电陶瓷、 半导体陶瓷、快离子导 体陶瓷、高温超导陶瓷
和点缺陷不同，位错、层错、晶界等晶体缺陷一般会降低陶瓷 材料的导电性。
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掺杂可能改变陶瓷材料的导电性。
例如在ZnO中掺杂Al3+ 可以增加材料的导电性，原因是当三价的铝 替代了二价的锌后，原先二价锌的位置上变成了三价的离子。为了保持 电中性，使得Al3+附近的锌变成了一价，而一价锌是不稳定的，又会变成 二价的锌，同时放出一个电子，增加了材料的导电性。
3Leabharlann ❖ 对于传统陶瓷，人们利用陶瓷材料的电性能主要是其绝缘 性能；而对于先进陶瓷材料，除了其绝缘性能外，人们更关 心的是陶瓷材料的导电能力。目前高温超导氧化物的导电能 力已超过金属，得到应用的先进陶瓷材料的电导率覆盖了从 良导体到绝缘体的范围。
❖ 陶瓷材料的导电机制比较复杂，其导电性能与材料组成、 掺杂、微结构、晶体缺陷、制备工艺及后处理过程等密切相 关。