浅谈陶瓷材料的性能及其应用2

浅谈特种陶瓷材料的性能、应用及其展望

摘要

陶瓷是无机非金属材料，它以其特殊的性能被广泛应用。特种陶瓷是陶瓷材料不断发展的产物，随着人们需求的增长，特种陶瓷材料的类型越来越多。特种陶瓷性能好、应用广、发展快，在各个领域均被广泛应用，在现代工业中有着重要地位。

Summary

Abstract ceramic inorganic non-metallic materials, with special performance was widely used. Special ceramics is the continued development of ceramic products, as demand growth, special types of ceramic materials is increasing. Good special ceramics, wide application, fast development, has been widely applied in various fields, has an important position in the modern industry.

关键词：无机非金属（non metallic inorganic）性能（highperformance）发展（development）重要地位（Important position）

一、特种陶瓷的类型

按照化学成分可分为氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷、硅化物陶瓷、氟化物陶瓷、硫化物陶瓷等，此外还有铬酸镧钙陶瓷，金属陶瓷等。

但是人们为了生产、研究和学习上的方便，有时不按化学组成，而根据陶瓷的性能把它们分为结构陶瓷和功能陶瓷，其中又可以分为高强度陶瓷、高温陶瓷、高韧性陶瓷、铁电陶瓷、压电陶瓷、电解质陶瓷、半导体陶瓷、电介质陶瓷、光学陶瓷（即透明陶瓷）、磁性瓷、耐酸陶瓷和生物陶瓷等。结构陶瓷有很好的强度、韧度以及硬度；功能陶瓷则有其特殊的性能，例如绝缘性、介电性、热电性等。

二几种特种陶瓷的性能极其应用

随着现代电器，无线电、航空、原子能、冶金、机械、化学等工业以及电子计算机、空间技术、新能源开发等尖端科学技术的飞跃发展而发展起来的。这些陶瓷所用的主要原料不再是粘土，长石，石英，有的坯休也使用一些粘土或长石，然而更多的是采用纯粹的氧化物和具有特殊性能的原料，制造工艺与性能要求也各不相同。

为了方便更好地了解特种陶瓷，以下以性能分类。

1.介电陶瓷

这类材料主要分为非铁电陶瓷和铁电陶瓷两类。非铁电陶瓷比如二氧化钛、钛酸镁等，高频损耗小，也称为补偿电容器陶瓷。铁电陶瓷比如钛酸钡、锆钛酸铅等，介电常数高，也称为强介电陶瓷。除此以外还有一些比如反铁电陶瓷等等，数量比较少。陶瓷材料特有的高强度、耐热性、稳定性等特点，被人们普遍看好用作集成电路板的制造材料。目前作为集成电路基板的陶瓷材料主要有氧化铝、氧化铍、碳化硅及氮化铝等，其中以氧化铝应用最为普遍。这类陶瓷的介

电损耗低，机械强度高，已被广泛应用于基板材料。介电陶瓷主要用于生产大容量电容器。

2.压电陶瓷

某些材料在机械应力作用下，引起内部正负电荷中心相对位移而发生极化，导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷的现象，称为压电效应。具有这种性能的陶瓷称为压电陶瓷，它的表面电荷的密度与所受的机械应力成正比，这就是压电效应。反之，当这类材料在外电场作用下，其内部正负电荷中心移位，又可导致材料发生机械变形，形变的大小与电场强度成正比，这就是逆压电效应。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。在能量转换方面，压电陶瓷能将机械能转换成电能。

常用的压电陶瓷有钛酸钡系、锆钛酸铅二元系及在二元系中添加第三种ABO3(A表示二价金属离子，B表示四价金属离子或几种离子总和为正四价）型化合物，如：Pb(Mn1/3Nb2/3）O3和

Pb(Co1/3Nb2/3）O3等组成的三元系。如果在三元系统上再加入第四种或更多的化合物，可组成四元系或多元系压电陶瓷。此外，还有一种偏铌酸盐系压电陶瓷，如偏铌酸钾钠（Na0.5·K0.5·NbO3）和偏铌酸锶钡（Ba x·Sr1-x·Nb2O5）等，它们不含有毒的铅，对环境保护有利。

压电陶瓷主要用于制造超声换能器、水声换能器、电声换能器、陶瓷滤波器、陶瓷变压器、陶瓷鉴频器、高压发生器、红外探测器、

电光器件、引燃引爆装置和压电陀螺。另外由于压电陶瓷具有敏感的特性，可以将极其微弱的机械振动转换成电信号，可用于声纳系统、气象探测、遥测环境保护、家用电器等，但是最大的奇功在于它能制造压电地震仪，可以准确指出地震的方位和距离。不仅如此，压电陶瓷在电场作用下产生的形变量很小，最多不超过本身尺寸的千万分之一，别小看这微小的变化，基于这个原理制做的精确控制机构－－压电驱动器，对于精密仪器和机械的控制、微电子技术、生物工程等领域都是一大福音。

3.绝缘陶瓷

绝缘材料在电器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，一般将具有上述作用的陶瓷称为绝缘陶瓷。

电子技术中首先要求绝缘材料不导电，即要求电阻率尽量高。绝缘陶瓷分为氧化物绝缘陶瓷和非氧化物绝缘陶瓷两大系列，要成为一种优异的绝缘陶瓷，必须具备以下性能：体积电阻率：(ρ) ≥1012Ω·cm相对介电常数: (εr) ≤30 良好的导热性、与导体材料相近的热膨胀系数、耐热性、高强度和化学稳定性。应用固体能带理论，可以很好的解释固体中的绝缘性、半导性和导电性。固体能带中被电子完全占满的叫满带，未被电子占据的叫导带，满带和导带之间称为禁带。如果禁带宽度足够大（几个ev以上），满带的电子就难以被激发而超越禁带进入导带，也即认为电子几乎无法迁移，那么固体就是典