功能陶瓷材料总复习

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

功能陶瓷材料总复习

绪论

什么是功能陶瓷?常见的功能陶瓷的分类、特性与用途。

1、定义:指具有电、磁、光、声、超导、化学、生物等特性,且具有相互转化功能的一类陶瓷。

2、分类:电容器陶瓷、压电、铁电陶瓷、敏感陶瓷、磁性陶瓷、导电、超导陶瓷、生物与抗菌陶瓷、发光与红外辐射陶瓷、多孔陶瓷。

3、特性:性能稳定性高、可靠性好、资源丰富、成本低、易于多功能转化和集成化等

4用途:在自动控制、仪器仪表、电子、通讯、能源、交通、冶金、化工、精密机械、航空航天、国防等部门均发挥着重要作用。举例:电容器陶瓷、谐振器元器件基材料、压电式动态力传感器、压电式振动加速度传感器。

介电陶瓷

以感应的方式对外电场作出响应,即沿着电场方向产生电偶极矩或电偶极矩的改变,这类材料称为电介质

各种极化机制以及频率范围。

极化机制:电子极化、离子极化、偶极子极化、空间电荷极化

频率范围:

松弛极化

铁电体,

晶体在某温度范围内具有自发极化Ps,且自发极化Ps的方向能随外电场而取向,称为铁电体。材料的这种性质称为铁电性。

电畴:铁电体中自发极化方向一致的微小区域

铁电体的特性:铁电体特性包括电滞回线Hysteresis loop、电畴Domains、居里点Tc及居里点附近的临界特性。

电滞回线: 铁电体的P 滞后于外电场E而变化的轨迹(如图

居里点Tc:顺电相→铁电相的转变温度

T>Tc 顺电相T

居里点附近的临界特性:介电常数随温度的变化显示明显的非线性,室温介电常数一般为3000~5000,在居里温度处(120℃)发生突变,可达10000以上。

驰豫铁电体:

复合钙钛矿(Complex Perovskite):晶胞中某一个或几个晶格位置被2种以上离子所占据。

弥散相变(Diffuse Phase Transition DPT):顺电——铁电为渐变:介电峰宽化,T>Tc 存在Ps和电滞回线。

频率色散(Frequency Dispersion)

高介电常数,大的应变

复合钙钛矿:晶胞中某一个或几个晶格位置被2种以上离子所占据

介电陶瓷的改性机理。

1、居里区与相变扩张: 热起伏相变扩张、应力起伏相变扩张、成分起伏相变扩散、结构

起伏相变扩张

2、铁电陶瓷居里峰的展宽效应:

展宽效应是指铁陶瓷的ε与温度关系中的峰值扩张的尽可能的宽旷,平坦,即不仅使居里峰压低,而且要使峰的肩部上举,从而使材料具有较小的温度系数α,又具有较大的ε值。固溶缓冲型展宽效应和粒界缓冲型展宽效应。

3、铁电陶瓷居里峰移动效应:铁电体居里点及其他转折点,随着组成成分的变化,作有规律地移动现象。

移动效应仅仅指Tc及其它转变点位置移动,而ε-T曲线形状不变。对BaTiO3来说,主要指Tc的移动(居里峰的移动)。

4、铁电陶瓷重叠效应:重叠效应表象上是转变点的重合,ε峰值的重叠,而本质上

是结构上的相互重叠。

半导体介质:按其结构、工艺可分为三类:表面阻挡层型,表面还原再氧化和电价补偿型晶界层型

反铁电体:反铁电体是这样一些晶体,晶体结构与同型铁电体相近,但相邻离子沿反平行方向产生自发极化,净自发极化强度为零,不存在类似于铁电中的电滞回线。

MLCC:多层片式陶瓷元器件,MLCC的主要趋势是发展微型化、大容量的以贱金属镍为内电极的BME、MLCC, 介质层。

微波介质陶瓷

定义:是指应用于微波频段(主要是UHF、SHF频段)电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷

主要性能要求:1、高的介电常数,以利于器件的小型化、

2、高的品质因子,保证优良的选频特性、

3、尽可能低小的谐振频率温度系数,以确保搞定频率稳定性。

微波介质陶瓷大致可以分为以下三大类:

低介电常数类、中介电常数类、高介电常数类

1、低介电常数类微波介质陶瓷的介电常数为25~30,Q=(1~3)×104 (在f≥10GHz下),τƒ=0。主要应用于厘米、毫米波段使用的卫星通讯以及军事应用等通讯系统。如钡基复合钙钛矿陶瓷Ba(B'1/3B"2/3)O3

2、中等介电常数类是指其介电常数介于30-70之间的微波介质陶瓷,主要应用于4GHz~8GHz 频率范围内的卫星通信及移动通讯基站。这类材料主要有BaTi4O9、

3、高介电常数类指其介电常数大于80的微波介质陶瓷,主要用于工作在f<2GHz的低频波段的民用移动通讯系统中作为介质谐振器件。这类材料主要包括简称为BLT的BaO-Ln2O3-nTiO2 系列、CaO-Li2O-Ln2O3-TiO2系列和铅基钙钛矿系列。

压电陶瓷:压电陶瓷是指经直流高压极化后,具有压电效应的铁电陶瓷材料

压电效应:当给晶体施加应力则电荷发生位移,如果电荷分布不在保持对称就会出现净极化,并将伴随产生一个电场,这个电场就表现为压电效应。

正压电效应:晶体受到机械力的作用时,表面产生束缚电荷,其电荷密度大小与施加外力大小成线性关系,这种由机械效应转换成电效应的过程称为正压电效应。力→形变→电压逆压电效应:晶体在受到外电场激励下产生形变,且二者之间呈线性关系,这种由电效应转换成机械效应的过程称为逆压电效应。电压→形变

极化工艺是指在压电陶瓷上加一个强直流电场,使陶瓷中的电畴沿电场方向取向排列。只有经过极化工艺处理的陶瓷,才能够显示压电效应

压电陶瓷材料应用:振子方面、换能器方面

准同型相界:四方铁电相与三方铁电相的交界,并不是一个明确的成分分界线,而是具有一定的成分范围,在此区域内,陶瓷体内三方相和四方相共存

掺杂改性:为了满足不同的使用目的,我们需要具有各种性能的PZT压电陶瓷,为此我们可以添加不同的离子来取代A位的Pb2+离子或B位的Zr4+,Ti4+离子,从而改进材料的性能。

等价取代:等价取代是指用Ca2+、Sr2+、Mg2+ 等半径较Pb2+ 离子小的二价离子取代Pb2+ 离子,结果使PZT陶瓷的介电常数ε增大↑,机电耦合系数KP增大↑,压电常数d增大↑,从而提高PZT瓷的压电性能。

异价取代

软性取代改性:所谓“软性取代改性”是指加入这些添加物后能使矫顽场强EC 减小↓,极化容易,因而在电场或应力作用下,材料性质变“软”。

经软性取代改性后的PZT瓷性能有如下变化:

矫顽场强EC 减小↓,机械品质因数Qm减小↓;

介电常数ε增加↑,介电损耗tanδ增加↑,机电耦合系数KP增加↑, 抗老化性增加,绝缘电阻率ρ增加↑。

硬性取代改性:所谓“硬性取代改性”是指加入这些添加物后能使矫顽场强EC 增加↑,极化变难,因而在电场或应力作用下,材料性质变“硬”。

经硬性取代改性后的PZT瓷性能有如下变化:

矫顽场强EC增加↑,机械品质因数Qm增加↑;

介电常数ε减小↓,介电损耗tanδ减小↓,机电耦合系数KP减小↓, 抗老化性降低,绝缘电阻率ρ减小↓

其它取代改性:非软非硬添加剂如Ce4+、Cr3+和Si4+等,兼具软性和硬性的特征。

无铅压电陶瓷材料体系

迄今为止,可被考虑的无铅压电陶瓷体系有:BaTiO3基无铅压电陶瓷;Bi1/2Na1/2TiO3(BNT)基无铅压电陶瓷;铌酸盐NaNbO3系无铅压电陶瓷;铋层状结构压电陶瓷;钨青铜结构无铅压电陶瓷。具体为:

敏感陶瓷:敏感陶瓷是根据某些陶瓷的电阻率、电动势等物理量对热、湿、光、电压及某种气体、某种离子的变化特别敏感的特性而制得的

敏感陶瓷分类:

1、物理敏感陶瓷:

光敏陶瓷、热敏陶瓷、磁敏陶瓷、声敏陶瓷、压敏陶瓷、力敏陶瓷

2、化学敏感陶瓷

氧敏陶瓷

湿敏陶瓷

生物敏感陶瓷也在积极开发之中,也获得了不少骄人的成绩。

相关文档
最新文档