第八章 陶瓷的导电
第八章 陶瓷材料
其他成型方法：
雕塑、拉坯、旋压、滚压、塑压、
注塑 2）注浆成型： 3）模压成型or压制成型;
3.烧成（烧结）： 目的：除去坯体中溶剂（水）、粘结剂、增塑 剂等；减少气孔；增强颗粒间结合强度。 普通陶瓷在窑炉内常压烧结。这是决定陶瓷性 能、品质的主要工艺环节之一。分4个阶段： 1）蒸发期：室温---300℃。排除残余水分。 2）氧化物分解和晶型转化期：复杂化学反应。 主要有：粘土结构水的脱水；碳酸盐杂质分解； 有机物、碳素、硫化物的氧化；石英的晶型转 变（同素异构）。 石英的同素异构转变：α -石英----β -石英
(2)玻璃相：陶瓷制品在烧结过程中，有些物质如作为主 要原料的SiO2已处在熔化状态，但在熔点附近SiO2的 黏度很大，原子迁移困难，所以当液态SiO2冷却到熔点 以下时，原子不能排列成长为有序（晶体）状态，而形 成过冷液体。当过冷液体继续冷却到玻璃化转变温度时， 则凝固为非晶态的玻璃相。玻璃相的结构是由离子多面 体构成的空间网络，呈不规则排列。 玻璃相的作用：黏结分散的晶体相，降低烧结温度，抑 制晶体长大和充填空隙等。玻璃相的熔点低、热稳定性 差，使陶瓷在高温下容易产生蠕变，从而降低高温下的 强度。所以工业陶瓷须控制陶瓷组织中玻璃相的含量， 一般陶瓷中玻璃相约占30％左右。
3）玻化成瓷期：950℃—烧结温度。烧结 关键。坯体基本原料长石、石英、高岭土 三元相图的最低共熔点为985℃，随温度提 高，液相量增多，液相使坯体致密化，并 将残留石英等借助玻璃相连在一起，形成 致密瓷坯。 4）冷却期：止火温度—室温。此段，玻璃 相在750--550℃由β -石英---α -石英，在 液相转变为固相期间，必须减慢冷速，以 免结构变化引起交大内应力，避免开裂。
导电陶瓷
固相烧结法是一种制备陶瓷材料的传统方法，将陶瓷原料粉末混 合均匀后压制成形，在高温下无压（或有压）烧结，随炉冷却后便得 到所需的陶瓷材料。
王春华等人[6]采用常压法获得致密的碳化硅烧结体，体积密度为 3.12g/cm3， 电阻率为0.165Ω·m；该陶瓷在300～600℃温度范围内 表现出明显的负电阻率温度系数。为提高导电陶瓷的导电能力，常对 陶瓷进行掺杂。刘汉忠研究了Ce 掺杂La0.5-xCexBa0.5CoO3陶瓷时， 发现该陶瓷材料是一种电子、空穴和氧离子混合导电的陶瓷材料； La0.5-xCexBa0.5CoO3的x 在0.1～0.5 变化时，电阻率ρ随Ce的掺杂 量增加而单调上升。图2 给出了烧结温度为1080℃和1100℃时，样品 的室温电阻率ρ（mΩ/cm）与Ce的加入量x的关系。
吴敏艳等人[2]采用溶胶- 凝胶法制备了粒径为30～60nm 的超细 粉，采用速控烧结制度在较短的烧结时间里获得相对密度为98%、平 均晶粒度小于1μm 的致密陶瓷。王歆等人[3]用溶胶-凝胶法，在Al2O3 衬底上制备了导电性能优良的BaPbO3(BPO)导电薄膜。研究发现，升 高热处理温度和增加热处理次数使薄膜中Pb/Ba摩尔比降低和膜厚减
2.3 化学气相扩渗法
为改善陶瓷的导电性能，通常在制备前躯体时掺入其它元素，如 郝素娥等人[8]采用气相化学热扩渗的方法，使稀土元素有效地渗入到 钛酸铅陶瓷中，在陶瓷结构中形成了均匀、细小、弥散的形貌结构特 征；稀土扩渗使钛酸铅基陶瓷的导电性显著增强，其室温电阻率下降 为0.2Ω·m。
2.4 微波烧结法
3 SnO2 基导电陶瓷靶材的制备及应用性能表征 3.1 Sb∶SnO2(ATO)陶瓷靶材的制备
选用纯度为 99.99％氧化锡粉体（国药集团化学试剂有限公司 99.99％氧化锑粉体（国药集团化学试剂有限公司）为原料，采用Sb2O5 的掺杂量为6%(wt) 进行配样，选用无水乙醇作粘结剂，将得到的 SnO2混合粉末在无水乙醇充分球磨6小时（球磨机型号：XQM 型变频 行星式球磨机），接着在干燥箱80℃下烘干，保持一定的湿度，具有 好的流动性，然后采用型号为769YP-40C 粉末压片机进行成型，压成 φ56mm×6.5mm 的坯体，所得坯体再次采用冷等静压法压成靶材素 坯。最后采用常压、空气烧结方式，德国NaberTherm 公司的HTRV 系 列高温炉烧结。采用的是图5烧结方案进行烧结。此方案在200℃保温 30min，600℃保温60min，1000℃保温60min，然后升温到最终烧结温 度的1250℃保温300min，然后随炉冷却。采用此烧结程序符合物质的 烧结规律，在进入烧结初期时，在200℃保温半个小时，物料自由水 分更有利于挥发；在600℃保温一个小时，各种杂质例如有机物已经 完全挥发，更能让物质进入烧结期做充分准备；在进入烧结中期时， 在1000℃时进行保温一个小时，物质有完全充分的时间进入烧结中 期，缓慢进入烧结终点温度，最后在烧结终点温度1250℃时保温五个 小时，物质充分反应，这种烧结曲线更加符合物质的烧结模型，与文 献的报道是相似的。
功能材料 第八章 快离子导体陶瓷
Bi2O3
Bi3+ ( 6s2 )
δ-Bi2O3 的缺陷类萤石结构示意图
730~825℃
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⑵ 钙钛矿型的氧离子导体
和萤石型结构的氧化物类似, 钙钛矿型结 构氧化物ABO3 (A=M2+或M3+，B=M4+或M3+)
中的A或B被低价阳离子部分取代时，为保持
晶体的电中性，也会产生氧离子空位，从而 出现氧离子传导，而成为离子导体。
有电导在高温下才显著。
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② 是由固定较弱的杂质离子的运动造 成的，因而常称杂质电导。
杂质离子晶格中结合比较弱的离子，
所以在较低温度下，杂质导电显著。
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某些离子晶体能够导电主要是由于离子 的扩散运动引起的。
离子扩散主要有空位扩散、间隙扩散、 亚晶格间隙扩散。
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在没有外场时，这些缺陷作无规则的 运动，不产生宏观电流； 但是当有外场存在时，外电场对它们
，配位数为8。如下图所示：
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萤石型化合物结构示意图
A4O8
4 AO2
O2-
A4+
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由于阴离子构成的简单立方点阵的体心
部位只有一半被阳离子占据，所以在这种结 构中存在空位，有利于离子迁移。
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萤石型结构的四价氧化物MO2在掺杂碱 土金属氧化物RO或稀土氧化物Ln2O3后，为 了保持晶体的电中性，在M1-x4+Rx2+O2-x或 M1-2x4+Ln2x3+O2-x固溶体晶格内出现氧离子空
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在已发现的快离子导体中，可移动离子
有H+、H3O+、NH4+、Li+、Na+、K+、Rb+
陶瓷不易导电的实验原理
陶瓷不易导电的实验原理陶瓷不易导电的实验原理主要涉及材料的电导特性和导电机制。
陶瓷是一类非金属材料，具有高绝缘性和低导电性的特点。
首先，陶瓷中导电性较低的原因可以通过固体电导的理论来解释。
固体电导主要由离子导电和电子导电两种机制构成。
在金属中，自由电子起到主要的电导作用，而在陶瓷这样的非金属材料中，离子导电是比较主要的机制。
离子导电是指固体中的离子在外电场作用下发生迁移的现象。
陶瓷材料中通常存在着离子团簇或晶粒，这些离子可以通过固体内的缺陷或空位进行迁移。
在外加电场的作用下，离子在晶格中发生位移，形成电流。
其次，陶瓷不易导电的实验原理还涉及材料结构和成分的影响。
陶瓷材料通常由氧化物、硼化物、氮化物等非金属元素组成，而这些元素具有较高的电阻率和禁带宽度。
禁带宽度是指材料中电子从价带跃迁到导带所需的能量，其宽度越大，导电性就越差。
陶瓷材料因具有较宽的禁带宽度，电子的跃迁能量较高，因此电导率较低。
另外，陶瓷材料的微观结构也会影响其导电性能。
陶瓷通常具有致密的晶粒结构和高度的结晶度，这使得电子在材料中难以运动。
此外，陶瓷中的杂质和缺陷也会对电导性能产生影响。
杂质和缺陷可以阻碍电子的跃迁和离子的迁移，从而抑制电导。
因此，通过对陶瓷材料进行导电性测试实验可以得到其不易导电的特性。
一种常用的实验方法是测量材料的电阻。
将陶瓷材料制成合适的形状，夹持其两端，然后通过外加电压测量两端的电流和电压，从而计算得到电阻值。
根据电阻的大小可以判断材料的导电性能，陶瓷的电阻值通常非常大，表明其电导较差。
总之，陶瓷不易导电的实验原理涉及到离子导电和材料结构的影响。
离子导电机制和宽禁带宽度导致了陶瓷材料的较低电导率。
此外，陶瓷材料的致密结构和杂质、缺陷也是其不易导电的原因。
通过测量电阻等实验方法，可以验证陶瓷材料的不易导电特性。
导电陶瓷的导电机理与国内外研究现状
导电陶瓷的导电机理与国内外研究现状导电陶瓷是指在一定温度和压力下可以导电的陶瓷。
导电陶瓷分为电子导电、离子导电和混合型导电三种类型，它们主要由氧化物半导体或碳化物半导体或固体电解质构成。
其中，半导体导电陶瓷是靠电子导电的；固体电解质导电陶瓷是靠离子导电的。
1.导电陶瓷的导电机理电子导电主要由自由电子(或空穴)在电场作用下定向运动产生高电导率，传统的陶瓷材料可以通过掺杂、加热或其他激发方式，使外层价电子获得足够的能量，摆脱原子核对它的束缚和控制，成为自由电子（或空穴）后即可参与导电。
离子导电一般是由离子的定向迁移产生的，而一个离子只是外力作用的条件下，这种迁移才是有可能的。
晶体的缺陷提供了较正常跃迁更为容易的高能态离子，有提供了可为迁移离子占据的空位。
由此可见，缺陷与离子电导有明显的内在关系。
1.1能带导电晶体中的电子不再束缚于个别原子，而是在一个具有晶格周期性的势场中作共有化运动。
对应孤立原子中电子的一个能级，当大量原子组成晶体时，量子力学认为这类电子的能级将拓宽为能带（图）。
不同能带之间由禁带隔开，有时也会出现能带重叠的现象。
图1.1 能带图1.2 金属、半导体、绝缘体能带结构图在能谱结构图中的禁带位置并不出现电子。
通过费米统计力学来分析电子能态分布情况，我们可以了解固体中电子的特性。
在绝对零度下，晶体中一些能带被电子完全占满，而一些能带又空着，另外还有某些能带被部分填充。
由于深层电子并不参与导电，故我们只需考虑同外层电子（即价电子）相关的能带。
如果能带被部分填充，电子将可能向更高的能级状态移动。
因此，在电场的作用下，电子获得一定动能后将产生电流，例如金属材料。
如果能带被完全充满，在绝对零度时，电子不能从电场获得能量，因此不会产生电流。
但若能带间隙不太宽，大约为1eV的情况下，一些电子在室温时会出现热激发，跨过间隙而进入引能起导电的空带。
此外，当电子被激发进入导带后，在其原来充满价带的位置将留下电子空位。
导电陶瓷
第四章 导电陶瓷
§1.1 β-Al2O3陶瓷
一、β-A12O3陶瓷的导电机理与性质
β-A12O3的导电机理: 的导电机理:
对于β 对于β-A12O3陶瓷的导电机理还须从它的结构来论述。 陶瓷的导电机理还须从它的结构来论述。 结构来论述 β-A12O3是一种多铝酸盐，由铝氧复合离子和碱、碱 是一种多铝酸盐 由铝氧复合离子和碱、 多铝酸盐， 土或某些一价、二价阳离子所组成的一系列化合物。 土或某些一价、二价阳离子所组成的一系列化合物。这 里讨论的仅是含钠 里讨论的仅是含钠β-A12O3。β-A12O3(Na2O•11A12O3)、 含钠β β″-A12O3 [Na2O• (0.5～7)A12O3]。 β″(0.5～
第四章 导电陶瓷
还有Na– 还有Na–β-A12O3在使用过程中，金属钠会在 在使用过程中， Na–β-A12O3 陶瓷的β-A12O3晶格内或多晶材料的晶 Na– 陶瓷的β 界内沉积，使材料变黑或破裂， 界内沉积，使材料变黑或破裂，因而影响电导率及 使用寿命。 使用寿命。 另外由于Na– 另外由于Na–β-A12O3是层状结构，均质性比较 层状结构， 集中， 的情况。 的情况。 因此， 因此，正在开展具有各向同性的导电通路的三 元导电体用作大容量电池的研究。 元导电体用作大容量电池的研究。
还可用其它离子来置换NaSiCON中的 ， 还可用其它离子来置换NaSiCON中的Zr， 中的Zr 例如Na 例如Na3Hf2Si2PO12在1200℃以下，其电导率超 1200℃以下， 过NaSiCON。 NaSiCON。 另外与NaSiCON的钠离子电导率相当的有 另外与NaSiCON的钠离子电导率相当的有 Na5CaSi4PO12等。 总之这类导电陶瓷还在研究开发之中， 总之这类导电陶瓷还在研究开发之中，将 会有新的导电陶瓷出现。 会有新的导电陶瓷出现。
陶瓷电导率
陶瓷电导率陶瓷电导率是指陶瓷材料在一定电场作用下电子传导的能力大小。
由于陶瓷材料本身缺乏自由电子，因此其电导率通常较低。
但随着科技的发展，人们通过改变陶瓷材料的组成和结构，使其具有了更好的电导率，使其在电子器件制造、能源、环保等领域得到了广泛应用。
目前，陶瓷材料的电导率主要分为三类：导体陶瓷、半导体陶瓷和绝缘体陶瓷。
导体陶瓷是指电导率高于金属的陶瓷材料，其电导率可以达到SiC、B4C等高硬度材料的数十倍，主要包括碳化硅、氮化硼和碳化硼等。
导体陶瓷的电导率高，主要因为它们的晶格结构中含有大量游离原子和不饱和键，这些离子和键可以在电场作用下移动，形成电导；同时它们的电子亲和力低，导带与价带之间的禁带宽度小，能够更容易地接受或释放电子。
半导体陶瓷的电导率介于导体陶瓷和绝缘体陶瓷之间，它们的电导性是由其材料中掺入的少量杂质决定的。
目前最常用的半导体陶瓷是氧化锌、氧化铝等，它们的电导性可以通过掺入铜、银、锰等少量金属离子而得到提高。
半导体陶瓷的应用十分广泛，如光电器件、电阻器、传感器、发光器件等。
绝缘体陶瓷的电导率很低，通常小于 10^-10 S/cm，其电导机制主要是因为其物质内部电子处在禁带或价带中，不能自由流动。
绝缘体陶瓷主要包括氧化铝、氧化钛、氧化锆等，它们的绝缘性能好，可以在高温高压、电场、腐蚀等恶劣环境下使用，主要用于电容器、高压绝缘体、陶瓷介质管、输电线路等领域。
此外，一些特殊的绝缘体陶瓷，如锂离子电池用的氧化铝陶瓷，在特定温度和电压条件下可以发生离子导电，从而用于电池电解质。
通过对陶瓷材料的研究，人们已经实现了对其电导率的有效调控，使其在不同的应用领域发挥出更高的性能。
未来的陶瓷制备技术将继续探索，以满足更高性能、更广应用的需要。
导电陶瓷材料的导电机制研究
导电陶瓷材料的导电机制研究导电陶瓷材料一直是材料科学领域中的研究热点，因其在导电性能、磁性、热学性质等方面的优异特性而受到广泛关注。
在工业生产和科学研究中，导电陶瓷材料被广泛应用于电子器件、传感器、能量储存等领域。
导电陶瓷材料的导电机制是研究的重点之一。
一、电子导电机制导电陶瓷材料的电子导电机制来源于其内部的导电通道。
在导电陶瓷材料中，晶体结构中存在导电通道，通道内存在自由电子或空穴。
当外电场作用于材料中时，导电通道中的电荷将顺着通道流动，从而导致导电。
导电陶瓷材料的导电通道可以是晶格缺陷、孔隙或其他杂质等。
晶格缺陷是导电陶瓷材料中常见的导电通道之一，常见的晶格缺陷包括点缺陷、面缺陷和线缺陷。
点缺陷如空位、杂质原子等可以提供导电通道；面缺陷如晶界、堆错等也可以作为导电通道；线缺陷如位错和螺旋位错等同样可以起到导电的作用。
除了晶格缺陷，孔隙也是导电陶瓷材料中的导电通道。
通常情况下，导电陶瓷材料的孔隙可以分为开放孔隙和闭合孔隙。
开放孔隙是指与外界相通的孔隙，闭合孔隙是指与外界隔绝的孔隙。
开放孔隙中的气体和电子可以通过孔隙流动，从而导致导电。
闭合孔隙由于无法与外界相连，导致内部电子无法流动，故不具备导电功能。
二、离子导电机制除了电子导电机制，导电陶瓷材料还可以通过离子导电实现导电功能。
离子导电是指通过离子在材料中的传输实现导电。
通常情况下，离子导电发生在导电陶瓷材料的固体相中，离子可以通过材料中的晶格进行传输。
离子导电机制主要有负载离子传输和空穴传输两种方式。
负载离子传输是指负载的离子在材料中进行传输，负载离子在晶格中的位置发生改变，从而实现导电。
空穴传输是指由于晶格中正离子的移动，导致晶格中形成空穴，电荷通过空穴传输，从而导致导电。
离子导电机制在导电陶瓷材料中的应用广泛。
例如，氧化物陶瓷材料中的氧离子导电机制，常被用于固体氧化物燃料电池等领域。
通过调控氧离子的传输，可以实现高效能量转化。
总结起来，导电陶瓷材料的导电机制有电子导电和离子导电两种方式。
陶瓷物理知识点总结
陶瓷物理知识点总结陶瓷物理知识点总结导言陶瓷是一种广泛应用于许多领域的材料，具有优越的物理性能和化学稳定性。
本文将介绍陶瓷的物理知识点，包括结构、导电性、热性能和光学特性等方面。
通过深入了解陶瓷的物理性质，我们能更好地理解其应用和制备过程。
一、陶瓷的结构陶瓷的结构是指其由离子、分子或原子组成的晶体结构。
陶瓷一般具有离子晶体和共价晶体两种结构类型。
离子型陶瓷由阴阳离子组成，如氧化物陶瓷。
共价型陶瓷由共价键连接的原子组成，如碳化硅陶瓷。
这两种结构类型决定了陶瓷的物理性质。
二、陶瓷的导电性陶瓷是一种绝缘体，其导电性很低。
这是由于陶瓷的结构中存在大量的离子或共价键，并且这些离子或键在晶格中排列得十分有序，使得电子很难在陶瓷中移动。
因此，陶瓷在电绝缘、绝缘体、电介质和电绝缘等方面有着广泛的应用。
三、陶瓷的热性能陶瓷具有较好的热性能，具体表现在以下几个方面。
首先，陶瓷的热导率较低，表明它是一种良好的绝热材料。
其次，陶瓷能够承受高温环境，具有较高的熔点，稳定性好。
此外，陶瓷的热膨胀系数相对较低，能够抵抗温度梯度引起的热应力，具有较好的抗热冲击性能。
四、陶瓷的光学特性陶瓷在光学方面有着广泛的应用，主要体现在以下几个方面。
首先，陶瓷具有高透明性，可以作为透明窗户或透镜材料使用。
其次，陶瓷对于不同波长的光有不同的吸收、散射和反射特性，具有选择性吸收和选择性反射的功能。
此外，陶瓷还可以通过调整成分和结构来改变其光学性质，实现特定的光学功能。
五、其他物理性质除了上述介绍的几个主要物理性质之外，陶瓷还具备其他特殊的物理性质。
例如，陶瓷具有较高的硬度和刚性，能够抵抗磨损和外力影响。
此外，陶瓷的化学惰性好，不易被化学物质侵蚀。
这些特殊的物理性质使得陶瓷在实际应用中起到重要的作用。
结论陶瓷作为一种特殊的材料，具备许多独特的物理性质，包括结构、导电性、热性能和光学特性等方面。
了解这些物理知识点，可以更好地理解陶瓷的应用和制备过程。
陶瓷材料的电学性能研究
陶瓷材料的电学性能研究随着科技的发展和应用的广泛，人们对材料的要求也变得越来越高。
陶瓷材料作为一种重要的结构材料，在电子、能源等领域扮演着重要角色。
本文将探讨陶瓷材料的电学性能研究，着重介绍其导电性和电介质性能。
一、导电性研究陶瓷材料的导电性研究主要包括导电机理、导电性能评价以及改善导电性能的方式等方面。
其中，陶瓷的导电机理是了解其导电性能的基础。
根据陶瓷导电机理的不同，可以将陶瓷导电性分为电子导电和离子导电两种类型。
电子导电是指通过自由电子在材料中传导电流的过程。
金属陶瓷是典型的电子导电材料，其导电机制主要是通过导带中的自由电子，而陶瓷晶体结构中的价电子是与禁带中的束缚能级联系密切的。
离子导电则是指离子在材料中的迁移导致电流产生的现象。
氧化物陶瓷常常表现出较好的离子导电性能，这对于电解物质、固体氧化物燃料电池等电化学器件的研究具有重要意义。
在导电性能的评价中，关注的焦点主要是电阻率和导电机理。
电阻率是导体材料电阻特性的量化指标。
通常，电阻率越低，材料导电性能越好。
导电机理的研究能够进一步深入了解材料本质，为改善导电性能提供理论基础。
提高陶瓷材料导电性能的方式有很多。
一种常见的方法是掺杂。
通过在陶瓷导体中引入适量的杂质原子，可以调整导体的电荷密度以改变其导电性能。
此外，还可以通过物理或化学方法制备高可导陶瓷导体，例如利用溶胶-凝胶法合成导电硅氧烷材料等。
二、电介质性能研究与导电性研究相比，电介质性能研究更加广泛和复杂。
电介质是指不导电的材料，在电场作用下能够储存电荷和产生电位差的能力。
电介质性能的研究主要包括介电常数、介电损耗、耐电压和能量储存等方面。
介电常数是表征电介质储存电荷能力的一个重要参数。
高介电常数意味着电介质能够储存更多的电荷，并具有更高的电容效果。
而介电损耗则是衡量电介质的能量损耗情况。
通常情况下，介电损耗越小，电介质材料越适合用于电子器件。
耐电压是指电介质能够承受的最大电场强度。
BaCe_0_7_Zr_0_2_La_0_1_O_3_陶瓷的制备和导电性
收稿日期：２００７－０９－２４。
收修改稿日期：２００７－１２－１７。
国家自然科学基金资助项目（Ｎｏ．２０７７１０７９），江苏省高校自然科学基金资助项目（Ｎｏ．０７ＫＪＢ１５０１２６）。
＊通讯联系人。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｍｙｑｌｇ＿６４＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ第一作者：王茂元，男，４５岁，高级实验师；研究方向：功能材料。
ＢａＣｅ０．７Ｚｒ０．２Ｌａ０．１Ｏ３－α陶瓷的制备和导电性王茂元１仇立干＊，１马桂林２（１盐城师范学院化学化工学院，盐城２２４０５１）（２苏州大学化学化工学院，苏州２１５００６）摘要：以高温固相反应法合成了ＢａＣｅ０．７Ｚｒ０．２Ｌａ０．１Ｏ３－α陶瓷。
粉末ＸＲＤ结果表明，该陶瓷材料为单一钙钛矿型ＢａＣｅＯ３斜方晶结构。
以陶瓷材料为固体电解质、多孔性铂为电极，采用交流阻抗谱技术和气体浓差电池方法分别测定了材料在５００￣９００℃下，干燥空气、湿润空气和湿润氢气中的电导率以及离子迁移数，研究了材料的离子导电特性。
结果表明，在５００￣９００℃下干燥空气中，陶瓷材料的最大电导率为１．８ｍＳ・ｃｍ－１，氧离子迁移数为０．１４￣０．０４，是一个氧离子与电子空穴的混合导体。
在湿润空气中，陶瓷材料的最大电导率为２．０ｍＳ・ｃｍ－１，质子迁移数为０．４８￣０，氧离子迁移数为０．２５￣０．１０，是质子、氧离子和电子空穴的混合导体。
在湿润氢气中，陶瓷材料的最大电导率为３．６ｍＳ・ｃｍ－１。
在５００￣７００℃温度范围内，陶瓷材料的质子迁移数为１，是纯的质子导体；而在８００￣９００℃温度范围内，陶瓷材料的质子迁移数为０．９３￣０．９１，是质子与电子的混合导体，质子电导占主导。
关键词：ＢａＣｅ０．７Ｚｒ０．２Ｌａ０．１Ｏ３－α；阻抗谱；气体浓差电池；离子导电性中图分类号：Ｏ６１１．４；Ｏ６１４．２３＋３；Ｏ６１４．３３文献标识码：Ａ文章编号：１００１－４８６１（２００８）０３－０３５７－０６ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＣｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆＢａＣｅ０．７Ｚｒ０．２Ｌａ０．１Ｏ３－αＣｅｒａｍｉｃＷＡＮＧＭａｏ－Ｙｕａｎ１ＱＩＵＬｉ－Ｇａｎ＊，１ＭＡＧｕｉ－Ｌｉｎ２（１ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＹａｎｃｈｅｎｇＴｅａｃｈｅｒｓＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙａｎｃｈｅｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ２２４０５１）（２ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｕｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｕｚｈｏｕ，Ｊｉａｎｇｓｕ２１５００６）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢａＣｅ０．７Ｚｒ０．２Ｌａ０．１Ｏ３－αｃｅｒａｍｉｃｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｈｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｏｌｉｄｓｔａｔｅｒｅａｃｔｉｏｎ．Ｘ－ｒａｙｐｏｗｄｅｒｄｉｆｆ－ｒａｃｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｃｅｒａｍｉｃｉｓｏｆａｓｉｎｇｌｅｏｒｔｈｏｒｈｏｍｂｉｃｐｈａｓｅｏｆｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ－ｔｙｐｅＢａＣｅＯ３．Ｕｓｉｎｇｔｈｅｃｅｒａｍｉｃａｓｓｏｌｉｄｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅａｎｄｐｏｒｏｕｓｐｌａｔｉｎｕｍａｓｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ，ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｏｆｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｉｅｓａｎｄｉｏｎｉｃｔｒａｎｓｐｏｒｔｎｕｍｂｅｒｓｏｎＢａＣｅ０．７Ｚｒ０．２Ｌａ０．１Ｏ３－αｃｅｒａｍｉｃｗｅｒｅｐｅｒｆｏｒｍｅｄｂｙｕｓｉｎｇａｃｉｍｐｅｄａｅｎｃｅｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙａｎｄｇａｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｃｅｌｌｍｅｔｈｏｄｓｉｎｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒａｎｇｅｏｆ５００￣９００℃ｉｎｄｒｙａｉｒ，ｗｅｔａｉｒａｎｄｗｅｔｈｙｄｒｏｇｅｎ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｉｓａｍｉｘｅｄｃｏｎｄｕｃｔｏｒｏｆｏｘｉｄｅ－ｉｏｎｓａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｈｏｌｅｓｗｉｔｈｔｈｅｍａｘｉｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆ１．８ｍＳ・ｃｍ－１ａｎｄｔｈｅｏｘｉｄｅ－ｉｏｎｉｃｔｒａｎｓｐｏｒｔｎｕｍｂｅｒｓｏｆ０．１４￣０．０４ｉｎｄｒｙａｉｒ．Ｉｎｗｅｔａｉｒ，ｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｈａｓｔｈｅｍａｘｉｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆ２．０ｍＳ・ｃｍ－１．Ｔｈｅｐｒｏｔｏｎｉｃｔｒａｎｓｐｏｒｔｎｕｍｂｅｒｉｓ０．４８￣０，ｔｈｅｏｘｉｄｅ－ｉｏｎｉｃｔｒａｎｓｐｏｒｔｎｕｍｂｅｒｉｓ０．２５￣０．１０，ａｎｄｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｉｓａｍｉｘｅｄｃｏｎｄｕｃｔｏｒｏｆｐｒｏｔｏｎｓ，ｏｘｉｄｅ－ｉｏｎｓａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｈｏｌｅｓ．Ｉｎｗｅｔｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ，ｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｈａｓｔｈｅｍａｘｉｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆ３．６ｍＳ・ｃｍ－１．Ｔｈｅｐｒｏｔｏｎｉｃｔｒａｎｓｐｏｒｔｎｕｍｂｅｒｉｓｕｎｉｔｙａｎｄｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｉｓａｐｕｒｅｐｒｏｔｏｎｉｃｃｏｎｄｕｃｔｏｒｆｒｏｍ５００ｔｏ７００℃．Ｂｕｔｉｎｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒａｎｇｅｏｆ８００￣９００℃，ｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｅｘｈｉｂｉｔｓａｍｉｘｅｄｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎｏｆｐｒｏｔｏｎｓａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｎｓｗｉｔｈｔｈｅｐｒｏｔｏｎｉｃｔｒａｎｓｐｏｒｔｎｕｍｂｅｒｓｏｆ０．９３￣０．９１．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＢａＣｅ０．７Ｚｒ０．２Ｌａ０．１Ｏ３－α；ｉｍｐｅｄａｎｃｅｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；ｇａｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｃｅｌｌ；ｉｏｎｉｃｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ第２４卷第３期２００８年３月Ｖｏｌ．２４Ｎｏ．３３５７￣３６２无机化学学报ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＩＮＯＲＧＡＮＩＣＣＨＥＭＩＳＴＲＹ第２４卷无机化学学报Ｉｗａｈａｒａ等［１￣５］于１９８８年发现掺杂了三价金属阳离子的ＢａＣｅＯ３、ＣａＺｒＯ３、ＳｒＺｒＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＬｎＳｃＯ３（Ｌｎ＝Ｌａ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇｄ）等固体氧化物在高温下含氢气及水蒸气气氛中具有良好的质子导电性，从此，人们对这类固体电解质进行了广泛研究。
8-陶瓷的基本电学性质
陶瓷材料的介质损耗
电介质在电场作用下，单位时间消耗的 电能叫介质损耗 ，材料的结构和组成对 损耗的影响是根本性的。
– ①由各种介质极化的建立所造成的电流， 这种电流损耗能量，称为极化损耗（iP） 。 – ②由介质的电导(漏导)造成的电流，这种电 流损耗为漏导损耗（iC）。
介质损耗因素（tgδ）
陶瓷的基本电学性质
陶瓷的基本电学性质是指其在电场的作用下 传导电流和被电场感应的性质。 导体：J=ζE J：电流密度；ζ：电导率；E：电场强度。 绝缘体：D=εE D：电位移；ε：介电系数。
导体：Conductor: ρV =10-8~10-4 Ω· m
半导体：Semiconductor: ρV = 10-4~106 Ω· m 绝缘体：Insulator: ρV = 106~1022 Ω· m
陶瓷材料的导电性及机理
陶瓷材料常温电阻值差别很大，各种陶 瓷材料中或多或少都存在着能传递电荷的 质点－－载流子。 Metal：自由电子 Ceramics：混合型
1.电子导电：霍耳效应(Hall effect) 一般情况下很微弱，产生的原因有：① 制备工艺（气氛）导致化学计量比偏 移；②引入不等价杂质。 2.离子导电－不呈现霍耳效应 外来杂质离子 热缺陷
F为电子受力方向
如果在电流的垂直方向上加上磁场，则在同电流和 磁场都垂直的方向上建立一个电场。
体积电阻率
ρV＝R· S/L （Ω· m）， 其中 ρV为电阻率； L为导体的长度； S为 导体的横截面积 。
陶瓷材料的极化及介电系数
电介质的主要特制是外围电子被原子核束缚很
紧，不能自由移动，宏观上基本没有自由电荷。
现代功能陶瓷
材料在应用中，主要利用其非力学性能时，可通称这 类材料为功能材料。所谓非力学性能，包括材料的电、 磁、光、热、化学和生物等方面的性能，以及核性能， 对气体的敏感性能等。 在功能材料中，陶瓷占有十分重要的地位。功能陶瓷 占整个特种陶瓷销售量的80％，而且每年以20％的速 度增长。功能陶瓷中，电磁功能陶瓷又要占到80％。 即现代陶瓷市场中60％以上是电磁功能陶瓷。功能陶 瓷已在能源开发、空间技术、电子技术、传感技术、 激光技术、光电子技术、红外技术、生物技术、环境 科学等领域得到广泛的应用。
陶瓷的导电性实验报告
陶瓷的导电性实验报告实验报告实验名称：陶瓷的导电性实验实验目的：探究不同陶瓷材料的导电性能实验器材：陶瓷试样（陶瓷瓷砖、陶瓷盘子等）、电源、导线、万用表实验步骤：1. 首先准备不同种类的陶瓷试样，并确保试样表面清洁干燥。
2. 将电源接入电路，将导线的一端连接到电源的正极，另一端连接到万用表的电流测量端。
3. 将另一根导线的一端连接到电源的负极，另一端分别接触不同种类的陶瓷试样的表面。
4. 依次测量各试样上的电流值，并记录下来。
5. 实验结束后，将所有器材清理干净，保持实验室整洁。
实验结果：根据实验所得数据，记录下各种陶瓷材料的电流值如下：陶瓷瓷砖1：0.02A陶瓷瓷砖2：0.025A陶瓷盘子1：0.01A陶瓷盘子2：0.015A实验结果分析：根据实验结果可知，不同种类的陶瓷材料具有不同的导电性能。
在本次实验中，陶瓷砖的导电性较好，电流值较大；而陶瓷盘子的导电性较差，电流值较小。
这是因为陶瓷材料的导电性与其结构和成分有关。
陶瓷材料通常由氧化物组成，其晶体结构中的离子相互连接形成离子键，使得电子在材料中难以传导。
而不同种类的陶瓷材料中的成分和结构不同，因此导电性也会有所差异。
结论：通过本次实验，我们得出了以下结论：1. 陶瓷材料的导电性能差异较大，不同种类的陶瓷材料具有不同的导电性。
2. 陶瓷瓷砖的导电性较好，电流值较大；而陶瓷盘子的导电性较差，电流值较小。
3. 陶瓷材料的导电性与其结构和成分有关，较少杂质和较高的致密度会降低材料的导电性。
实验中可能存在的误差及改进措施：1. 由于实验条件的限制，实验结果可能受到环境因素和仪器精度的影响。
2. 为减小误差，下次实验可以增加样本数量，并进行多次重复测量，取平均值作为最终结果。
3. 若要更准确地比较不同种类陶瓷材料的导电性，可以尝试使用不同仪器，如电阻计，以测量材料的电阻值。
总结：本实验通过测量不同种类的陶瓷材料的电流值，探究了陶瓷材料的导电性能。
实验结果表明，不同种类的陶瓷材料具有不同的导电性，这与其结构和成分有关。
压电陶瓷及导电陶瓷
压电陶瓷及导电陶瓷「压电陶瓷」和「导电陶瓷」是21世纪的新兴电子材料，它们的来源广泛，而且就在我们的周遭环境中。
它们具有性能稳定、强度高、耐腐蚀和耐高温的特性，在光、电、磁、声等方面有特殊的应用。
可以进行能量转换压电陶瓷是一种可以使电能和机械能相互转换的特殊陶瓷材料。
它主要是藉由烧结而形成的一种多晶材料，与普通的单晶压电材料相比，有相当多的优点，例如价格低廉、容易加工成各种不同形状的组件、能大量生产等，因此颇受人们的青睐。
压电陶瓷是由许多粒径在几个微米左右的小晶粒所组成，主要成分是铅、钛和锆的氧化物。
在烧结的制备过程中，这些小晶粒在高压电场的作用下，会有规则地排列而带有压电性。
虽然压电陶瓷的种类很多，但比较有发展前途的是钛酸钡和锆钛酸铅的压电陶瓷。
除此之外，一些多成分的复合型压电陶瓷，像是锆钛酸铅镧等，不仅有良好的压电性能，还可以做成透明压电陶瓷，使得压电陶瓷的应用可以推广到光电领域中。
因此，它们也是一种很有应用潜力的新型压电陶瓷材料。
压电陶瓷的主要功能是使得机械能与电能可以相互转换。
对压电陶瓷施加压力时，它就会产生电位差;如果对压电陶瓷施加电压，它就会产生机械应力。
如果对压电陶瓷施加一个高频振动，它就会产生高频电流;如果在压电陶瓷上施加高频的电讯号，它就会产生高频的机械振动。
压电陶瓷的一种应用是利用它把机械能转换成电能，而制成高压电源，使用在点火、触发、引爆等目的上，例如煤气炉的自动点火装置，就是利用这个原理制成的。
在这装置内，有一块压电陶瓷，当转动按钮时，一支被强力弹簧控制的撞击针会击打在压电陶瓷上，瞬间放出高达几万伏特的火花，点燃气阀中喷出的锥形气流。
这种点火装置的点火次数可以达到10万次以上，使用寿命可以达到20~30年之久。
压电陶瓷的另一种应用是把电能转换成机械能。
例如设计师通常在儿童的电子玩具小动物的肚子里，装上用压电陶瓷做成的蜂鸣器。
当电源接通后，压电陶瓷便在电压作用下变形而产生振动，进而发出人耳可以听到的声音，像是玩具小狗发出「汪汪」的叫声，或玩具小猫发出「喵喵」的叫声。
导电陶瓷
第四章 导电陶瓷
还可用其它离子来臵换NaSiCON中的Zr，
例如Na3Hf2Si2PO12在1200℃以下，其电导率超
过NaSiCON。 另外与NaSiCON的钠离子电导率相当的有 Na5CaSi4PO12等。 总之这类导电陶瓷还在研究开发之中，将 会有新的导电陶瓷出现。
第四章 导电陶瓷
§1.2 铬酸镧陶瓷
第四章 导电陶瓷
第四章 导电陶瓷
作为电极材料更显出其良好的性能，但会受
到钾化合物的影响，电导率下降，因而利用 ZrO2
和LaCaCrO3(或LaSrCrO3等)各自的优点组成混合 式电极。 但是LaCrO3属钙钛矿型氧离子导体， ZrO2 （Y2O3 或 CaO）属萤石型氧离子导体，由于前者
晶胞中的空隙小于后者的空隙，所以前者的导电性
二、ZrO2导电陶瓷的制造工艺
制造ZrO2导电陶瓷，依产品的性能、形状、大小 的不同可以有多种方法。
是在Ca2+周围必须失掉一个在正常位臵上的 O2- 离
子，才能保持晶格中的电中性，于是便产生一个氧 空位。
第四章 导电陶瓷
同样，用 Y3+ 取代 Zr4+ 使正电荷少了+1价， 在两个钇离子周围存在一个氧空位，保持了稳 定ZrO2晶格的电中性。因此在稳定的ZrO2晶格 内存在大量的氧空位，使ZrO2陶瓷成为导电陶 瓷。
在适当条件下，它具有很高的离子电导。在
300℃ 时，钠离子扩散系数可达 1×10-5 cm2 /S，
电导率达 3×10-3 S/m。
利用 Na–β-A12O3的这一电导性质，可以用来
制作钠硫电池和钠溴电池的隔膜材料，广泛地用 于电子手表、电子照相机、听诊器和心脏起搏器 等。
第四章 导电陶瓷
陶瓷导电通孔方法
陶瓷导电通孔方法陶瓷导电通孔方法是一种利用陶瓷材料的导电性能来设计结构原型，通过一系列精密加工过程，在原型上开设微小孔洞，从而实现电力传输，具有广阔的应用前景。
首先，要进行陶瓷导电通孔方法的实现，必须要选择一种具有良好导电性能的陶瓷材料，以便能够实现良好的电源传输效果。
一般而言，陶瓷材料应具有高抗拉强度、耐热性、耐腐蚀性以及良好的绝缘性能。
常用的有碳酸钙陶瓷、釉质陶瓷、烧结结晶陶瓷、金属间化合物陶瓷等。
其次，陶瓷导电通孔方法的实施还需要的采用一系列的精密加工手段，以便能够在陶瓷原型上开出一定尺寸的孔洞。
传统的精密加工技术有线切割、喷射法、电火花加工、激光雕刻等。
由于精密加工的复杂性，加工中需要考虑材料的热变形、应力应变及腐蚀等因素，以便形成设计要求的通孔尺寸。
此外，为了实现陶瓷导电通孔方法，还需要考虑一些结构设计及封装工艺因素。
在结构设计上，可以采用环形结构、钻孔结构、抛光结构等，以满足不同电子设备的电力传输要求。
而在封装方面，可以采用气体封装、焊接封装和热熔封装等方法，使原型上的导电通孔得到有效的封装，以改善电源的传输效果。
陶瓷导电通孔方法的出现可以大大改善传统的电力传输方式，广泛应用于电子设备的封装、保护及电力传输等方面，为电子设备的发展带来了极大的便利。
然而，由于陶瓷导电通孔方法涉及到复杂的精密加工工艺，使得该项技术对技术人员的要求极高，并且在实际操作中，还存在比较多的外来干扰，需要严格控制，以确保实现良好的电源传输效果。
总之，陶瓷导电通孔方法是一种利用陶瓷材料的导电性能来设计结构原型，以实现电力传输的新型技术，能够在电子设备的封装、保护及电力传输等方面发挥重要作用，为电子设备的发展带来了极大的便利。
它需要把握精密加工技术进行结构设计及封装，以便形成设计要求的通孔尺寸，具有重要的实际意义。
陶瓷导电通孔方法
陶瓷导电通孔方法导电通孔是印制电路板(PCB)制作中不可或缺的一个工艺步骤，用于实现电路板上不同元器件之间的电气连接。
现在一些高端电子产品领域，陶瓷板的应用愈来愈广泛，比如陶瓷衬板、热敏电阻、陶瓷电容、陶瓷烤瓷等等。
而陶瓷板的导电通孔相比于普通的PCB产品，具备更好的机械强度和电性能。
那么怎样来制作陶瓷板的导电通孔呢？本文将简要介绍其中两种主要的方法。
方法一：机械钻孔法1、设备准备首先，要准备一台高精度的自动钻孔机，其能够在陶瓷板表面垂直地钻孔并自动调整钻头的位置和移动角度，以确保孔的直径和深度在精确的范围内。
同时，需要适用于陶瓷材料的特殊钻头，及相关的硬质合金夹着装备，可保证孔的质量和加工效率。
2、制孔准备根据设计图纸，先在陶瓷板的表面留下所需制作孔的位置信息和尺寸，可采用激光打印或导电沉积的方式实现。
在实际的制作中，由于陶瓷板比较脆弱，容易发生割裂和开裂，光在表面使用防护膜来保护实际打孔区域，在处理时要格外小心。
3、制孔过程在钻孔机的协作下，钻头能够按照设计图形，对表面进行切削，孔的深度和直径将随着加工时间的增加而不断增大。
流水线式加工能够提高工作效率，并降低操作人员的劳动强度。
4、孔壁加工在制造过程中，产生边缘残留物以及污垢可能会影响孔的整体性能和可靠性。
因此，在机械钻孔后，需要进行喷纯化水清洗，并采用高压空气吹干。
利用激光钻孔技术对陶瓷板进行深孔加工，通常使用的是红外激光，最常见的波长为1064nm。
相较于机械钻孔，激光钻孔能够实现更加精细的加工，因此被广泛应用在高精度制造领域。
在加工前，还需要针对不同的材料进行选校激光功率和分解时间。
同样需要事先设计好图案，并在陶瓷板表面印刷加工路线。
不同的是，由于是采用激光作为工具，因此在加工前要将施工区域用铝箔、保护膜或丙烯酸覆盖，以隔离作为衬板的与激光接触。
使用激光钻孔机器（Laser Drilling Machine）对陶瓷板表面进行切割。
激光钻孔技术使得加工过程更稳定可靠，而且速度明显更快。
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14
利用电阻非线性制造敏感元件
15
三、功能陶瓷的发展趋势
(1) 表面组装技术(SMT)推动功能陶瓷元件片式化 • 功能陶瓷是新型电子元器件的基础－－多层陶瓷技术 • 功能陶瓷复合器件是采用多层陶瓷共烧技术，将多种
功能陶瓷材料，如介电陶瓷、磁性材料或电阻材料， 与金属内电极，按一定电路模式集成共烧形成一体化
47
• 高温超导薄膜的制备方法： • 磁控溅射法
YBCO薄膜, Tc ＝ 90K，Jc = 5~6 MA/cm2
• 脉冲激光沉积法
在STO单晶基片上原位外延YBCO薄膜，Tc = 92~93K, Jc = 6 MA/cm2
• 分பைடு நூலகம்束外延（MBE）法 • 化学气相沉积（CVD）
48
二、超导体的宏观性质和研究动态
• 另外绝缘性还受显微组织的影响，晶粒 和气孔影响不大，主要晶界相。
31
三、 常用绝缘陶瓷材料及其性能
• 绝缘陶瓷材料的分类方法很多，若按化学组成 分类测可分为氧化物系和非氧化物系两大类。 氧化物系绝缘陶瓷已得到广泛应用，而非氧化 物系绝缘陶瓷是70年代才发展起来的，目前应 用的主要有氮化物陶瓷，如Si3N4、BN、A1N 等。
输入
输出
输入
接地
外形尺寸： 25mm X 9mm，输入电压 220VAC，输出电压 510V
输入
发生器
发生器
输出
输入
12
新型压电驱动器及超声波电机
摇头压电电机 中空压电电机 二维微动台 超声电机驱动系统 微型压电电机
行波压电电机 直线压电驱动器 中空压电电机
单向压电电13机
透明铁电陶瓷的极化反转特性在电光 方面的应用
第八章 陶瓷的导电
1
按功能，材料分为结构材料和功能材料两大类。 ❖ 一种材料主要利用其力学功能时，这种材料被称为 结构材料。 ❖ 如果主要利用其非力学性能时，则被称为功能材料。
力学性能通常指强度、塑性、韧性、蠕变、弹性、硬度等； 而非力学性能主要指声、电、光、磁、热和化学等。
2
功能陶瓷概述
1 功能陶瓷的定义与分类 2 功能陶瓷的应用 3 功能陶瓷的发展趋势
50
目前几个主要高温超导材料体系的Tc
• 体系
• YBa2Cu3Oy • Bi2Sr2Ca2Cu3Oy • Tl2Ba2Ca2Cu3Oy • IxC6o • (Icl)xC60 • SrCuO2 • HgBa2Ca2Cu3Oy
34
8. 2 导 电 陶 瓷
在一定条件下具有电子（或空穴）电导或离子电导 的陶瓷材料。前者如某些氧化物或碳化物（如碳化硅） 半导体，后者如氧化锆、铬酸镧、β-Al2O3等固体电解 质陶瓷。可用于燃料电池、陶瓷高温发热体、钠硫电池 等。
35
氧化锆陶瓷是一种耐高温、抗氧化的复合氧化物，是在纯 氧化锆中加进１０％的氧化镱制成的导电陶瓷。它能象金属那 样把电能转变成热能，并能发光。
为了解决这个问题，人们在电极表面涂覆各种导电材料， 如铝、钼、镍，铬及其各种合金。但是，所有这些金属材料， 在钠—硫电池中都缺乏足够的稳定性。
后来将发明的这种导电陶瓷材料，涂覆于电极表面。因为 这种材料不仅具有良好的抗腐蚀性能，而且具有足够的导电性 能，所以较好地解决了上述的问题。
37
8. 3 超导陶瓷
能于一体 • 智能陶瓷(Intelligent ceramics)---自诊断、自调节、
自恢复…
23
• (4)功能陶瓷的高频化---微波介质陶瓷与现代通信技术 近代通信技术的关键基础材料近代通信技术的关键基
础材料器件器件：微波介质谐振器，介质滤波器，介质振 荡器，微波电容器
应用：火箭、雷达、移动电话、 卫星直播电视材料 材料：高介，低损耗，高Q值， 小的温度系数
7
信息功能陶瓷材料—— 信息技术的重大需求
8
利用铁电陶瓷高介电常数制造 高比容多层陶瓷电容器
9
微波介质陶瓷
谐振器件
介质波导
微波天线
微波滤波器 介质基片 介质电容器
10
多层压电陶瓷变压器及应用 (升压型)
11
MPCT用于笔记本电脑的液晶显示屏
多层压电陶瓷变压器
(降压型)
33
3、氮化硅瓷基片
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。
➢ 据功能陶瓷的能量转换和耦合特性：可制备压电、光电、 热电、磁电和铁电等陶瓷
➢ 据对外场的敏感效应：可制备热敏、气敏、湿敏、压敏、 磁敏、电压敏和光敏等敏感陶瓷
5
• 按形态可分为： • 粉体、块体、厚膜、薄膜、纤维、复合
等 • 按结晶状态分： • 非晶态、多晶体、单晶
6
二、 功能陶瓷的应用
• 功能陶瓷是电子信息、集成电路、计算机、通讯广播、 自动控制、航空航天、海洋探测、激光技术、精密仪 器、汽车、能源、核技术和生物医学等近代高技术领 域的关键材料.
46
超导陶瓷可以用一般陶瓷工艺制造，例如制备Y－Ba－Cu －O的工艺是：
以Y2O3、BaCO3、CuO为原料，混合后在900℃煅烧合成， 再粉碎，就得到超导体。烧结在950℃进行，流动氧气气氛。烧 结后在500 ~ 600℃氧气气氛中退火。
也可以用化学沉淀法和其他方法制造。共沉淀法是在Y、Ba、 Cu的硝酸盐溶液中，加入草酸溶液，形成草酸盐共沉淀析出。再 在850℃煅烧得到超导体粉末。
24
25
• (5)功能陶瓷的低维化和集成化--纳米颗粒、纤维、薄膜和 厚膜
微电子机械系统 (MEMs)
铁电存储器 (FRAM)
3 X 3 Array on one
3”Wafer
26
8. 1 绝缘陶瓷
一、 精密绝缘陶瓷在近代电子技术中的作用
绝缘材料在电气电路或电子电路中所起的 作用主要是根据电路设计要求将导体物理隔离， 以防电流在它们之间流动而破坏电路的正常运 行。此外，绝缘材料还起着导体的机械支持、 散热及电路环境保护等作用。
7．高温超导材料发现 LaBaCuO 氧化物陶瓷材料 30 K 1986年 缪勒（瑞士） 贝德诺兹（德） 1987年 缪勒 贝德诺兹 获诺贝尔物理学奖
8．华人超导物理学家 赵忠贤（中） 朱经武（美） 发现YBaCuO 90K 液氮温区 高温超导体
9.高温超导材料 铋系 110K 铊系 125K 汞系 134K（常压） 164K（高压）
一般将能起上述作用的陶瓷称为绝缘陶瓷。
27
根据室温电阻率ρ的大小，材料可分为 超导体ρ→0 Ωcm 、 导体ρ≤10-2Ωcm 半导体ρ=10-2Ωcm…109 Ωcm 和绝缘体ρ ≥ 109 Ωcm
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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
• 复合材料有许多结构方面的自由度,如体积分量、结合方式、结 合的对称性、结合的周期性、以及复合线度等,调整结构自由度 可大幅度该变材料性能.
• 复合材料主要通过加和效应和乘积效应影响材料的性能. • 如:压电复合材料 • 如:铁氧体与铁电体复合陶瓷表现出磁电效应
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(3)功能陶瓷的机敏化和智能化 • 机敏陶瓷(Smart ceramics)---兼具传感功能和执行功
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一、超导发展简史
1．低温的获得 气体的液化 氢气的液化 1898年 杜瓦 （英） 氦的液化 1908年 昂尼斯（荷兰）
2．超导的发现 1911年 昂尼斯（荷兰） 1913年获诺贝尔物理学奖 转变温度 临界磁场 临界电流
3．迈斯纳效应 1933年 迈斯纳和奥森菲 尔德（德）
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。
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4．一类 二类超导体
GLAG理论金兹堡和阿布里柯索夫
获2003年诺贝尔物理学奖
阿 布
5．约瑟夫森效应 1962年 约瑟夫森
金 兹
（英）
堡
里 柯 索
约瑟夫森 贾埃弗（挪威）
夫
1973年 获诺贝尔物理学奖
6．1985年前的超导转变温度 单质Nb 9.3K 化合物材料Nb3Ge 23.2K 液氦温区 低温超导体
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清华近大学应用超导研究中心成功研制成340米铋系高温 超导导线。这是我国目前高温超导长导线的最新记录，标志着 我国已掌握了处于世界先进水平的超导线材产业化技术。
此次研制成功的高温超导导线为３７芯，长３４０米、宽 ３．４３毫米，厚０．１５毫米，截面面积为０．５１平方毫 米。在零外磁场下导线的临界电流大于２５安培，工程临界电 流密度达每平方厘米５０００安培（测试温度为零下１９６摄 氏度）。相比其它使用纯银包缚的导线，这种导线由于使用了 银合金，其机械强度更高。导线表面均匀涂有绝缘物质，无气 泡等缺陷，具有较好的使用性能。这表明此长导线的综合性能 已达到世界先进水平。
结构的陶瓷元器件.
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