导电陶瓷
导电陶瓷的应用
导电陶瓷的应用
导电陶瓷材料可用各种方法涂覆在电极材料上，例如真空喷涂、等离子喷涂等，或采用溅射喷涂方法，在基片上进行导电陶瓷材料的涂覆工艺。
电极上陶瓷涂层厚度一般为０．１至２０微米，陶瓷涂层电阻率小于１００欧姆·厘米，最小可达１０欧姆·厘米。
采用导电陶瓷材料涂覆于电极表面，既耐腐蚀，又耐高温。
电池中采用这种类型的电极后，电极表面具有足够的电流密度。
涂层的电阻率也相当稳定，陶瓷和金属表面接触紧密，电极不发生腐蚀现象。
电池运行性能良好。
稳定氧化锆陶瓷除有以上导电性能外，近年来更有一种超群的导电性能被发现，这就是它的超导性能。
超导现象是１９１１年荷兰科学家在实验中偶然发现的，一般导电体都有电阻，但一些个别的物质，在一定的温度条件下，会出现没有电阻的超导现象。
有超导能力的超导体，应用到工业中去，可实现远距离无损耗输电，可用来产生极强磁场等等。
但在普通温度条件下有超导能力的材料很难找。
人们想不到稳定氧化锆陶瓷不单具有超导性能，而且其温度要求最容易实现，于是稳定氧化锆陶瓷作为新的超导材料成为现代高科技的宠儿。
第五讲(导电陶瓷)
O V V
附：缺陷化学反应表示法
1. 常用缺陷表示方法：
z A b
用一个主要符号表明缺陷的种类
用一个下标表示缺陷位置
用一个上标表示缺陷的有效电荷 “ ”表示有效负电荷; “×”表示有效零电荷。
如“ . ”表示有效正电荷;
用MX离子晶体为例（M2＋；X2－）：
（1）空位：
VM表示M原子占有的位置，在M原子移走后出现的空位； VX表示X原子占有的位置，在X原子移走后出现的空位。
Al 2O 3 O
3TiO 2 3Ti
2 Al 2O 3
Al
6OO VAl
很显然，杂质含量相同时，杂质不同产生的载流子 浓度不同；而同样的杂质，含量不同，产生的载流 子浓度不同。
2.3.2 离子迁移率
离子电导的微观机构为载流子--离子的扩散（迁 移）。 间隙离子在晶格间隙的扩散？？间隙离子处于间隙 位置时，受周围离子的作用，处于一定的平衡位置 （此称为半稳定位置）。如果它要从一个间隙位置 跃入相邻原子的间隙位置，需克服一个高度为U0的 “势垒”。完成一次跃迁，又处于新的平衡位置 （间隙位置）上。这种扩散过程就构成了宏观的离 子的“迁移”。
样位置上的电荷
（ 2） 每种缺陷都可以看作是一种物质，离子空
位与点阵空位。(h)也是物质，不是什么都没有。
空位是一个零粒子。
3 写缺陷反应举例 （1） CaCl2溶解在KCl中
2ClCl CaCl2 KCl Ca K VK
(1 1)
CaCl2 KCl Ca K Cli ClCl
把离子化合物看作完全由离子构成（这里不考虑 化学键性质），则在 NaCl晶体中，如果取走一 个Na+晶格中多了一个e,因此VNa必然和这个e相联 系，形成带电的空位——
氧化钛导电陶瓷原理
氧化钛导电陶瓷原理导电陶瓷是一类具有特殊电导性能的陶瓷材料，能够在一定程度上导电。
而氧化钛导电陶瓷是其中一种常见的导电陶瓷材料，具有较高的导电性能和稳定性。
本文将介绍氧化钛导电陶瓷的原理和其应用领域。
一、氧化钛导电陶瓷的原理氧化钛导电陶瓷具有导电性的原因在于其晶格结构中的缺陷和掺杂。
在氧化钛晶体中，氧化钛晶格中的钛离子（Ti4+）会发生部分缺氧，形成氧空位（V_O）和钛离子缺位（V_Ti）。
这些缺陷会导致电子和空穴的生成和迁移，从而使得氧化钛具有一定的导电性。
氧化钛导电陶瓷还可以通过掺杂其他离子来提高其导电性能。
常见的掺杂离子包括铌离子（Nb5+）、锰离子（Mn4+）等。
这些离子的掺入可以引入额外的缺陷，增加导电陶瓷中的导电载流子数量，提高导电性能。
二、氧化钛导电陶瓷的应用领域1. 传感器领域氧化钛导电陶瓷具有良好的敏感性和稳定性，常被用于制造气体传感器和湿度传感器。
在气体传感器中，氧化钛导电陶瓷可以通过吸附气体分子并与之发生反应，从而改变电阻值，实现对气体的检测。
在湿度传感器中，氧化钛导电陶瓷可以通过吸附水分子，改变电阻值，实现对湿度的测量。
2. 电加热器领域由于氧化钛导电陶瓷具有较高的导电性能和耐高温性，常被应用于电加热器领域。
通过在导电陶瓷上施加电压，电流会通过陶瓷材料产生热量，从而实现加热的效果。
这种电加热器具有加热速度快、温度均匀分布等优点，被广泛应用于家电、汽车等领域。
3. 阳极材料领域氧化钛导电陶瓷由于其优异的导电性能和化学稳定性，常被应用于锂离子电池等电化学能源存储领域。
在锂离子电池中，氧化钛导电陶瓷作为阳极材料，能够有效促进锂离子的嵌入和脱嵌，提高电池的充放电性能和循环寿命。
4. 压电陶瓷领域氧化钛导电陶瓷还具有良好的压电性能，可以应用于压电陶瓷传感器和压电陶瓷马达等领域。
在压电陶瓷传感器中，氧化钛导电陶瓷可以通过施加外力产生电荷，实现对压力的测量。
在压电陶瓷马达中，氧化钛导电陶瓷可以通过施加电压产生机械振动，实现驱动的效果。
电导陶瓷的原理和应用
电导陶瓷的原理和应用1. 电导陶瓷的概述电导陶瓷是一种特殊的陶瓷材料，具有良好的导电性能。
它的主要成分是氧化物，如锡酸锌、氧化镁等。
电导陶瓷是一种具有高电导率的陶瓷材料，其导电机制是通过导电离子在晶体结构中的迁移实现的。
2. 电导陶瓷的原理电导陶瓷的导电机制基于离子在晶格中的迁移。
当电场作用于电导陶瓷时，导电离子会在晶格中迁移，从而形成电流。
这是由于导电陶瓷材料的晶体结构中存在着一些不稳定的位置，容易发生离子的迁移。
当电场加大时，离子的迁移速率也会增加，从而使得电导率增加。
3. 电导陶瓷的应用3.1 传感器电导陶瓷可以作为传感器的重要组成部分，用于检测和测量物理量。
比如温度传感器、压力传感器和湿度传感器等都可以使用电导陶瓷制作敏感元件，通过测量电导变化来获得相应的物理量信息。
3.2 燃料电池电导陶瓷在燃料电池中起着重要作用。
燃料电池是一种将化学能转化为电能的装置，其中电导陶瓷被用作电解质材料，通过将燃料与氧气反应产生的离子传递逆电流来产生电能。
3.3 陶瓷电容器电导陶瓷可以用于制造陶瓷电容器，其具有可调节的电容性能。
这些电容器广泛应用于电子器件中，用于存储和释放电能。
3.4 陶瓷电阻器电导陶瓷也可以用作电阻器的材料。
通过调整电导陶瓷的成分和结构，可以制作出不同阻值的电阻器，用于电路电阻匹配和保护电子器件。
3.5 陶瓷电极在一些特殊的应用中，电导陶瓷可以用作电极材料。
比如，在医疗应用中，电导陶瓷被用作电刺激和电信号记录的电极材料。
4. 电导陶瓷的优点•高电导性能：电导陶瓷具有优异的电导性能，能够有效传导电流。
•良好的化学稳定性：电导陶瓷具有良好的化学稳定性，可以在不同环境下使用。
•可调节的电性能：通过调整电导陶瓷的成分和结构，可以实现不同的电性能需求。
•抗氧化性能：电导陶瓷能够在高温和氧化条件下保持较好的性能。
5. 电导陶瓷的局限性•昂贵的成本：电导陶瓷的制备工艺复杂，成本相对较高。
•脆弱性：由于电导陶瓷的特殊结构，其较容易出现破裂和损坏的问题。
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。
复合式导电陶瓷
复合式导电陶瓷复合式导电陶瓷是一种能够在高温环境下保持良好导电性能的新型材料。
它由导电材料和陶瓷材料的复合组成，具有导电性能好、耐高温、耐腐蚀等特点，被广泛应用于电子器件、高温传感器、陶瓷电阻器等领域。
复合式导电陶瓷的导电性能主要是由导电材料提供的。
常见的导电材料有金属颗粒、碳纳米管、导电高分子等。
这些导电材料具有高导电率和良好的电子传输性能，能够有效地传导电流，保持材料的导电性能。
而陶瓷材料则主要负责材料的机械强度和耐热性能。
复合式导电陶瓷的制备方法有多种。
一种常用的方法是将导电材料和陶瓷材料进行混合，然后通过烧结等工艺将它们固定在一起。
在烧结过程中，导电材料和陶瓷材料之间形成了良好的界面结合，导电性能得到了有效的保持。
另一种方法是在陶瓷材料的基础上涂覆导电材料，然后通过烧结等工艺将它们固定在一起。
这种方法可以在保持陶瓷材料原有性能的同时，提供了良好的导电性能。
复合式导电陶瓷具有许多优点。
首先，它具有良好的导电性能，能够在高温环境下保持稳定的导电性能。
这使得它在高温电子器件中得到广泛应用，例如高温传感器、电磁炉等。
其次，它具有良好的耐高温性能，能够在高温环境下长时间工作而不发生失效。
这使得它在高温工艺中得到广泛应用，例如高温烧结、高温电解等。
此外，复合式导电陶瓷还具有良好的耐腐蚀性能，能够在腐蚀性介质中长时间稳定工作。
这使得它在化学工业中得到广泛应用，例如腐蚀介质传感器、电解槽等。
然而，复合式导电陶瓷也存在一些问题。
首先，导电材料的选择对于导电性能的影响较大。
不同的导电材料具有不同的导电性能和耐高温性能，需要根据具体应用场景进行选择。
其次，复合式导电陶瓷的制备工艺比较复杂，需要进行多步处理，成本较高。
此外，由于导电材料和陶瓷材料的界面结合问题，导电性能可能会出现不稳定的情况，需要进行优化和改进。
综上所述，复合式导电陶瓷是一种具有良好导电性能和耐高温性能的新型材料。
它在电子器件、高温传感器、陶瓷电阻器等领域具有广泛的应用前景。
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。
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。
导电陶瓷粉末
导电陶瓷粉末-概述说明以及解释1.引言1.1 概述导电陶瓷粉末是一种特殊材料，具有优良的导电性能和耐高温性能。
它是一种在陶瓷基体中添加导电材料后制备而成的粉末材料，可以在高温环境下保持稳定的导电性能，因此被广泛应用于电子元件、热敏电阻、热释电元件等领域。
本文将从导电陶瓷粉末的特性、应用领域和制备方法等方面进行深入探讨。
通过本文的阐述，可以更全面地了解导电陶瓷粉末及其在工业生产中的重要作用。
1.2 文章结构文章结构部分的内容：本文共分为三个部分，分别是引言、正文和结论。
引言部分包括三个小节，分别是概述、文章结构和目的。
在概述部分，将介绍导电陶瓷粉末的定义和相关背景知识；文章结构部分将介绍本文的整体结构安排；目的部分将说明本文的写作目的和意义。
正文部分将分为三个小节，分别是导电陶瓷粉末的特性、应用领域和制备方法。
在导电陶瓷粉末的特性部分，将详细介绍其导电性能、物理特性和化学特性；应用领域部分将探讨导电陶瓷粉末在各个领域的应用情况；制备方法部分将介绍导电陶瓷粉末的常见制备工艺和方法。
结论部分包括三个小节，分别是总结导电陶瓷粉末的重要性、展望导电陶瓷粉末的发展和结语。
在总结部分，将总结导电陶瓷粉末在各个领域的重要性和作用；展望部分将展望导电陶瓷粉末未来的发展方向和趋势；结语部分将对本文进行总结和回顾。
1.3 目的本文的主要目的是介绍导电陶瓷粉末的特性、应用领域和制备方法，从而加深人们对导电陶瓷粉末的认识。
通过对导电陶瓷粉末的研究与分析，可以更好地掌握该材料在电子领域的应用，促进电子技术的发展和进步。
同时，本文旨在引起对导电陶瓷粉末的重视，促进其在电子、通讯、能源等领域的广泛应用，从而推动相关行业的发展。
通过本文的阐述，读者可以了解导电陶瓷粉末的重要性和发展前景，为相关领域的研究和生产提供参考和指导。
2.正文2.1 导电陶瓷粉末的特性导电陶瓷粉末具有许多独特的特性，使其在各种应用领域中发挥重要作用。
首先，导电陶瓷粉末具有优异的导电性能，能够有效地传导电流。
复合式导电陶瓷
复合式导电陶瓷是一种由导电相和绝缘相复合而成的
陶瓷材料。
在复合式导电陶瓷中，导电相通常具有较高的电导率，而绝缘相则提供机械强度和热稳定性。
这种材料的导电机理一般遵循渗流理论，即当导电相的体积分数达到一定值时，电流可以通过整个复合材料，使其表现出导电性。
在复合式导电陶瓷的制备过程中，需要对导电相和绝缘相的粒度、分布和体积分数进行精确控制，以确保材料具有优良的导电性能和机械性能。
这种材料在电子、电力和航空航天等领域具有广泛的应用前景，如高温导电、电子器件散热、电磁屏蔽等。
具体来说，以3.3(TiN,Ti)/ZrO2复合陶瓷为例，该材料由TiN和Ti作为导电相，ZrO2作为绝缘相组成。
通过控制TiN和Ti的体积分数，可以调节复合陶瓷的导电性能。
同时，ZrO2的存在可以提高复合陶瓷的机械强度和热稳定性。
这种材料在高温环境下具有优良的导电性能，因此可以用于高温传感器、加热器等领域。
总之，复合式导电陶瓷是一种具有广泛应用前景的陶瓷材料，其制备和应用研究正在不断深入和发展。
氧化钛导电陶瓷原理
氧化钛导电陶瓷原理导电陶瓷是一种特殊的陶瓷材料，具有优异的导电性能和稳定性。
而氧化钛（TiO2）是一种常见的导电陶瓷材料，其导电性能主要来源于其特殊的晶体结构和电子掺杂。
让我们来了解氧化钛的晶体结构。
氧化钛具有多种晶体结构，其中最常见的是锐钛矿结构。
在锐钛矿结构中，钛原子和氧原子通过共享电子形成了钛-氧键。
这种共享电子的方式使得氧化钛具有一定的导电性。
氧化钛的导电性还受到电子掺杂的影响。
电子掺杂是指将外部元素的电子注入到氧化钛晶体中，改变其电子结构。
根据掺杂元素的不同，可以分为N型和P型两种掺杂。
N型掺杂是指通过引入电子给体（如铌、铝等元素）来增加氧化钛的自由电子浓度，从而增强其导电性能。
P型掺杂则是通过引入电子受体（如锰、铬等元素）来减少氧化钛的自由电子浓度，从而提高其导电性能。
通过晶体结构和电子掺杂的相互作用，氧化钛导电陶瓷具有了良好的导电性能。
在实际应用中，氧化钛导电陶瓷被广泛应用于各种电子器件中。
其中最具代表性的是氧化钛压敏电阻器和氧化钛电容器。
氧化钛压敏电阻器是一种能够根据外部电压的变化而改变电阻值的器件。
其工作原理是基于氧化钛导电陶瓷的特殊电阻特性。
当外部电压超过氧化钛导电陶瓷的导通阈值时，氧化钛导电陶瓷将开始导电，电阻值急剧下降；而当外部电压下降到导通阈值以下时，氧化钛导电陶瓷将恢复到高阻态。
这种特殊的电阻特性使得氧化钛压敏电阻器可以在电路中起到过压保护的作用。
氧化钛电容器则是一种能够储存电荷并产生电场的器件。
其工作原理是基于氧化钛导电陶瓷的极化特性。
当外部电压施加到氧化钛导电陶瓷上时，导电陶瓷中的电子和离子会发生移动，形成电场。
当外部电压移除时，导电陶瓷中的电场将保持一定的电荷状态，这种电荷状态可以在电路中被利用。
由于氧化钛导电陶瓷具有较高的极化效应和较低的介电损耗，使得氧化钛电容器在电子设备中具有广泛的应用。
总结起来，氧化钛导电陶瓷的导电性能源于其特殊的晶体结构和电子掺杂。
通过晶体结构和电子掺杂的相互作用，氧化钛导电陶瓷具有良好的导电性能，并被广泛应用于电子器件中。
碳化硅导电陶瓷制备
碳化硅导电陶瓷制备
碳化硅（SiC）导电陶瓷是一种高性能的陶瓷材料，具有优异的导热性和机械性能。
以下是一般碳化硅导电陶瓷的制备过程：
1. 原材料准备：制备碳化硅陶瓷的第一步是准备原材料。
通常使用的原料包括硅粉（SiO2）和碳源（通常是石墨）。
这些原料通过粉碎和混合的过程得到均匀的混合物。
2. 混合和研磨：将硅粉和碳源混合，确保均匀分布。
混合物然后经过机械研磨，以确保颗粒的均匀分散，形成均匀的混合粉末。
3. 成型：将混合粉末放入模具中，通过压制或注射成型，形成所需形状的坯体。
成型压力和温度是关键参数，影响着成型体的密度和机械性能。
4. 干燥：成型后的坯体需要进行干燥，以去除水分和挥发性成分。
这一步通常在较低的温度下进行，以防止坯体裂开或发生变形。
5. 硬化：干燥后，将坯体进行硬化处理。
这通常包括高温烧结或热处理，将混合物中的硅和碳进行反应，形成碳化硅结构。
6. 烧结：硬化后的坯体需要进一步烧结，以提高材料的致密度和机械性能。
这通常在高温下进行，使碳化硅晶体得到进一步的生长和结晶。
7. 加工和整形：经过烧结后，陶瓷坯体可能需要进行加工和整形，以获得所需的尺寸和表面质量。
这可能包括磨削、切割、抛光等工艺。
8. 涂层和导电性处理：根据应用要求，碳化硅陶瓷表面可能需要进行涂层或导电性处理，以提高其导电性能。
以上步骤中的参数如温度、压力和处理时间等，都需要根据具体材料和制备工艺进行调整，以确保最终碳化硅导电陶瓷具有优异的性能。
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。
导电陶瓷材料
导电陶瓷材料是一类具有导电性能的陶瓷材料，通常由陶瓷基质和导电相组成。
它们具有优异的绝缘性能和导电性能的结合，可用于各种电子、电气和能源应用。
以下是一些常见的导电陶瓷材料：
氧化物导电陶瓷：
氧化锌陶瓷：具有高导电性和较高的热稳定性，广泛应用于电子器件、热敏电阻、气体传感器等领域。
氧化铜陶瓷：具有良好的导电性能和耐高温性能，常用于高温电阻、电子封装等应用。
碳基导电陶瓷：
炭化硅陶瓷：具有优异的高温稳定性和导电性能，常用于高温电阻、功率电子器件等。
碳化硼陶瓷：具有高硬度、高导电性和耐高温性能，广泛应用于高温电阻、射频电子器件等领域。
复合导电陶瓷：
氧化锆/氧化钇复合陶瓷：由氧化锆和氧化钇组成，具有高导电性、低温系数和良好的机械强度，常用于压电和热释电器件。
银浆陶瓷：由导电颗粒（如银）和陶瓷基质组成，具有优异的导电性能，常用于印刷电路板、电子封装等领域。
导电陶瓷导电率
导电陶瓷导电率
导电陶瓷的导电率通常指的是其比电导率，即单位体积内电导率。
导电陶瓷通常是由陶瓷基质和导电相组成，导电相通常是金属颗粒或导电陶瓷颗粒。
导电陶瓷的导电能力取决于导电相的存在和分布情况。
导电陶瓷的导电率可以通过测量其电阻率来确定。
电阻率是导电陶瓷在单位长度和单位截面积内的电阻。
较低的电阻率意味着导电陶瓷具有较好的导电性能。
导电陶瓷的导电性能可以通过控制导电相的种类、含量和分布方式来调节。
较高含量和均匀分布的导电相通常会显著提高导电陶瓷的导电性能。
导电陶瓷的导电率因材料和制备工艺的不同而有很大差异。
一些常见的导电陶瓷材料包括氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氧化铝陶瓷等。
导电陶瓷的导电率可以在几个数量级范围内变化，从10^-2 S/m到10^4 S/m不等。
离子导电陶瓷中的离子输运行为分析
离子导电陶瓷中的离子输运行为分析离子导电陶瓷是一类特殊的材料，具有优异的离子导电性能。
它们被广泛应用于固体氧化物燃料电池、离子传感器、能量储存器件等领域。
离子输运行为是离子导电陶瓷中的关键因素之一，它直接决定了材料的导电性能和应用性能。
因此，对离子输运行为的深入分析具有重要的理论和应用价值。
离子输运行为主要研究离子在离子导电陶瓷中的传输规律、速率和机制。
首先，我们需要了解离子输运的基本原理。
离子运动是通过材料中的空位或晶格缺陷进行的，这些空位和缺陷能有效地促进离子的传输。
不同离子在材料中的输运方式也有所不同，主要可分为扩散和迁移两种机制。
扩散是指离子在浓度梯度的驱动下由高浓度区域向低浓度区域传输的过程。
在离子导电陶瓷中，扩散主要由晶格缺陷引起的离子间相互作用所驱动。
离子经过晶格扩散时，会受到晶格在周期性排列方面的限制，所以扩散速率一般较慢。
迁移是指离子在电场的作用下发生的传输过程。
在离子导电陶瓷中，由于材料中电荷的不平衡，会形成一个电场。
当外加电压时，离子会在电场力的作用下发生迁移。
迁移速率较快，一般远高于扩散速率。
此外，在离子输运行为的研究中，还需要考虑其他因素对离子传输的影响。
例如温度、湿度和气体环境等，都会对离子的活性和扩散系数产生一定的影响。
为了更好地分析离子输运行为，科学家们采用了多种研究方法。
其中，电化学交流阻抗谱（EIS）是一种常用且有效的方法。
通过测量材料在不同频率下的交流阻抗，可以得到材料的等效电路模型，进而分析离子在材料中的输运特性。
此外，材料结构的工程设计也是实现优异离子输运的重要手段。
例如，在固体氧化物燃料电池中，通常采用复合材料作为电解质，其结构可以提高离子导电性能。
通过在电解质中引入合适的掺杂元素，可以增加材料的晶格缺陷，从而提高离子传输速率。
总之，离子输运行为的分析对于离子导电陶瓷的理论研究和应用开发具有重要价值。
离子输运机制、速率和影响因素的深入研究，为材料的设计和性能优化提供了有力的理论支持。
导电陶瓷电极
导电陶瓷电极咱来说说这导电陶瓷电极啊，这可是个有意思的玩意儿。
我有个朋友，戴个眼镜，眼睛小小的，整天就捣鼓这些个高科技的东西。
有一回，我去他那实验室，一进去就看见他那眉头皱得跟麻花似的，正对着一堆仪器发愁呢。
我就问他：“咋啦，这是愁啥呢？”他指了指桌上的那些个导电陶瓷电极材料，说：“你说这玩意儿，看着不起眼，可就是弄不好啊。
”咱先说说这导电陶瓷电极是干啥用的呀，它就好比是那电的搬运工，把电从这儿搬到那儿。
像在一些高科技的设备里呀，没它还真不行。
比如说燃料电池吧，那里面的导电陶瓷电极就起着关键作用呢。
这燃料电池，听着就挺高大上的吧，就像个神秘的小盒子，里面藏着好多能量，而导电陶瓷电极就是把这些能量给导出来的小能手。
再看看这导电陶瓷电极的材料，那也是五花八门的。
有二氧化锡导电陶瓷，这玩意儿可厉害了，能在好多地方派上用场。
我那朋友就跟我说呀，这二氧化锡导电陶瓷做的电极，能在电磁流量计里用，还能耐强酸的侵蚀呢，就像个不怕吃苦的硬汉似的。
还有那七氧化四钛导电陶瓷电极材料，也是个好东西啊，价格还不便宜呢，听说一千克就要好几百块钱。
我就跟朋友开玩笑说：“你这弄的可都是些金贵玩意儿呀，可得小心着点儿。
”他白了我一眼说：“那可不，这都是宝贝，弄不好就白费了。
”这制作导电陶瓷电极的过程啊，也是讲究得很。
就说那二氧化锡导电陶瓷吧，得用普通陶瓷工艺，在氧化气氛下烧，温度还得控制在1300到1360℃之间呢，高了低了都不行。
我那朋友在那烧的时候，眼睛就直勾勾地盯着那炉子，一刻都不敢松懈，那神情就跟盯着自己的宝贝似的，生怕出一点儿差错。
我在旁边看着都觉得紧张，就说：“你别把自己也给烧着了呀。
”他没好气地说：“你懂啥，这可马虎不得。
”还有啊，这导电陶瓷电极的性能也是各有千秋。
有的导电性能好，有的耐高温性能强，就像人一样，各有各的长处。
我就想啊，这要是能把它们的长处都结合起来，那可就厉害了。
我跟朋友说：“你能不能研究个又导电又耐高温又便宜的导电陶瓷电极呀？”他笑了笑说：“你说得倒容易，这哪有那么简单呀，要是能研究出来，那可就立大功了。
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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
二、Na-β-A12O3 的生长工艺
烧结是在2000℃左右温度下进行的。Lal-XCaXCrO3
随Ca加入量增加而升高，但随温度升高，其电导率变 化不大。在不同气氛下，其导电机理可能不同。 由于铬酸镧是一种十分良好的导电材料，具有熔点 高，抗热震性好的特点，是纯粹的电子导电体，常用来 作发热体和高温电极材料。
第四章 导电陶瓷
§1.3 ZrO2导电陶瓷
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。
一、铬酸镧的性质与导电机理
铬酸镧的立方晶系，是耐高温与导电性优良的钙 钛矿型结构的复合氧化物陶瓷，主晶相为LaCrO3。 铬酸镧熔点较 高，约为2400℃。 如图3-4-3所示。
第四章 导电陶瓷
密度为 6.5 g/cm3。电导率较高，200～300℃时
电导率为 0.1 Ω-1 cm-1，1000℃ 时约为 10-3Ω-1•cm-1
镉酸镧属于ABO3钙钛矿结构，是典型的离
子晶体结构之一，具有导电性能。其中A离子(如
La3+，Ｃa2+等)作近似原始立方格子排列，O2-离 子位于格子的面心，构成八面体，而B离子 ( 如 Cr3+、Ti4+)配臵在此八面体的中心，如图3-4-5所 示。部分La3+或Cr3+可以被Ca2+，Mg2+、Sr2+ 臵 换，形成固溶体，而且使电导率大幅度地提高。
烘干、加结合剂、造粒、成型。
第四章 导电陶瓷
烧结时为了防止高温钠的蒸发，需要用β-A12O3 制成内钵，Na–β-A12O3陶瓷放入其中，外面用刚玉 砂制成的钵包装密封。烧结是在钠气氛的保护下，在
1770～1800℃温度下进行，保温时间一般为45～60分
钟。
第四章 导电陶瓷
Na–β-A12O3陶瓷的主要物理性能如表3-4-3所示。
还有Na–β-A12O3在使用过程中，金属钠会在
Na–β-A12O3 陶瓷的β-A12O3晶格内或多晶材料的晶 界内沉积，使材料变黑或破裂，因而影响电导率及 使用寿命。 另外由于Na–β-A12O3是层状结构，均质性比较 差，因而会产生电流集中，容易发生局部性能变差 的情况。
因此，正在开展具有各向同性的导电通路的三
纯ZrO2的熔点较高，为2700±20℃，密度为 5.6g/cm3，莫氏硬度为7。在700～1000℃之间平均线
膨胀系数为7.7×10-6/℃。在1100℃附近有体积效应，
其平均线膨胀系数为4.4×10-6/℃。纯ZrO2是良好的绝
缘体，常温的比电阻高达1O15Ω·cm ，化学性能稳定。
在氧化气氛下，能抵抗酸性和中性熔渣的侵蚀，但不 能抵抗碱性炉渣的侵蚀。
ZrO2陶瓷的结晶形态在前面已做过介绍，在
此不在重复。这里主要了解一下ZrO2陶瓷的导电
机理及其性质和应用。
第四章 导电陶瓷
一、ZrO2陶瓷的导电机理
稳定 ZrO2，由于稳定剂的金属离子会与 Zr4+ 进行不等价臵换，产生氧离子缺位。以Ca2+为例， 当Ca2+取代了Zr4+之后，使正电荷减少了+2价，于
生产 Na–β-A12O3，一般是利用纯的 A12O3 粉， 按照一定的配比加入纯 Na2O（一般用Na2CO3的形式 加入)。在1600℃左右温度下合成为Na–β-A12O3，然 后再把合成物料进行细粉碎后，经注浆或等静压成型
后，在1750～1850℃高温下烧结成制品。
所用原料的纯度十分重要，如存在杂质，很容易 发生离子臵换，影响到Na–β-A12O3的性质。
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
和钠氧层交迭组 成。
第四章 导电陶瓷
氧离子以ABCA的层次按最紧密堆积的方式 堆积成致密层，Al3+离子在由氧离子组成的四面 体的空隙内。密臵层之间是[NaO]-层，[NaO]-层 之间通过Al–O–Al链联系起来。图中致密层的原 子配臵与尖晶石结构相似，又叫做“夹晶石基 块”。
第四章 导电陶瓷
比要小得多，所以钠离子在松散层中可以进行移动、
扩散、离子交换。事实上钠离子是不能在结晶C轴 方向移动，即不能通过立方密堆积的氧离子层间C 轴方向移动。而钠离子只能在两个夹晶石基块中间 的[NaO]－扩散层移动， Na–β-A12O3导电性是由钠
离子在垂直于C轴的[NaO]－层平面内的移动产生的。
第四章 导电陶瓷
质不如后者的高。
第四章 导电陶瓷
二、铬酸镧的生产工艺
铬酸镧的生产工艺大体上与上面的特种陶瓷的 制造工艺相似。 在原料方面对所用原料有较高的要求，如纯度、
细度、颗粒形状及级配等。
其配方可按其分子式La(MexCr1-x)O3(Me可为Mg、
Al、Ca、Sr、Fe等)进行配料 。
第四章 导电陶瓷
LaCrO3 的最大缺点是 CrO3 易于挥发，在
第四章 导电陶瓷
此外，利用它的高熔点和抗氧化性，可以
用作高温熔融金属的坩埚、用于火焰喷涂或等
离子喷涂的高温无机涂层，用作高温发热材料
（在空气中最高发热温度可达2100～2200℃)以
及作高温电极材料（如磁流体发电装臵中的电 极），并利用ZrO2 和 LaCrO3 各自的优点制成 复合电极。
第四章 导电陶瓷
第四章 导电陶瓷
La2O3和Cr2O3采用化学纯，按摩尔比配合，先
经900℃空气中锻烧2小时，以排除吸附水，并使部 分水化产物分解。Ca则以CaCO3形式加入，然后按 摩尔比（x=0～0.12）进行配制。粉料最好在塑料球 磨筒中用塑料球湿混4小时，烘干，加入粘合剂，然 后压制成制品。
第四章 导电陶瓷
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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
在工艺上另一个问题是烧结，因为Na–β-A12O3
一般是很难烧结的，而且强度不高会影响到使用。因
此在不影响其性质时，可以适当加入一些添加物，降 低其烧结温度，改善其性能。此外，在高温时，钠会 蒸发，因此不易保持合适的Na2O/A12O3的比例，需要 采取一些措施。 就具体工艺和要求来说，β-A12O3原料可采用电熔 β-A12O3，经过脱炭、球磨、酸洗、烘干。
以下，类似金属的导电性，它是一种十分优良的纯 电子导电陶瓷，如图3-4-4所示。
第四章 导电陶瓷
室温至 1000 ℃ 的平均线膨胀系数为
9.7×10-6/℃，室温导热系数约为 18.78W/(m· K)。
用它作发热体，可在室温下直接通电，其表面温
度可达 1900 ℃，在高温氧化气氛下能保持稳定。
第四章 导电陶瓷
第四章 导电陶瓷
其化学组成和粒度分布列入表3-4-1和表3-4-2。
第四章 导电陶瓷
由于坯料中的钠含量低于 Na–β-A12O3 的化
学式量（Na2O•11A12O3），故需加入一定量的
Na2CO3，使组成中的钠含量增加到7.5 % (wt)。
为了降低烧结温度，改善钠离子导电性能，需
加入2.5 % (wt)的MgO。坯料在球磨罐中混和后，
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。
第四章 导电陶瓷
ZrO2在一定条件下具有传递氧离子的特性， 利用这一特性，可用ZrO2陶瓷作为氧气传感器， 进行氧气浓度的检测，其原理已在本篇第三章第 五节述及，在此不赘述。 ZrO2陶瓷氧量计，不仅在提高窑炉热效率和
节约能源方面起着重要的作用，而且作为环境保
护、工程管理和质量控制的重要手段。因此，在 电力、石油化工、冶金和合成肥料等领域越来越 引起广泛的重视。
第四章 导电陶瓷
反应式如下:
(1 x) ZrO2 xCaO Zr Ca O
4 1 x
2 x
2 2 x
xV0
x x 4 3 2 (1 x) ZrO2 Y2O3 Zr1 xYx O1 x 2 V0 2 2
第四章 导电陶瓷
二、ZrO2导电陶瓷的性质和应用
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β-A12O3。β-A12O3(Na2O•11A12O3)、 β″-A12O3 [Na2O• (0.5～7)A12O3]。
第四章 导电陶瓷
Na–β-A12O3的晶体结构如图3-4-1所示。
从图中看出， Na–β-A12O3实际