先进陶瓷工艺学

先进陶瓷工艺学
1、先进陶瓷是“采用高度精选或合成的化工原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于控制的制造技术加工的、便于进行结构设计，并且有优异特性的陶瓷”
2、功能陶瓷：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。

3、非氧化物陶瓷是包括金属的碳化物、氮化物、硅化物和硼化物等陶瓷的总称
4、电介质陶瓷：电阻率大于108Ω·m的陶瓷，能继承受较强电压而不被击穿。

分为：绝缘陶瓷电容器陶瓷压电、热释电、铁电陶瓷
5、铁电陶瓷：主晶相为铁电体的陶瓷材料。

6、热释电陶瓷：某些晶体中还可以由于温度变化而产生电极化的陶瓷
7、敏感陶瓷:当作用于这些材料制作的元件上的某一个外界条件，如温度、压力、湿度、气氛、电场、光及射线等改变时，能引起该材料某种物理性能的变化，从而能从这种元件上准确迅速地获得某种有用的信号。

8、“移峰效应”和“压峰效应”在铁电体中引入某种添加物生成固溶体，改变原来的晶胞参数和离子间的相互联系，
使居里点向低温或高温方向移动，这就是“移峰效应”。

其目的是为了在工作情况下（室温附近）材料的介电常数和温度关系尽可能平缓，即要求居里点远离室温温度，如加入PbTiO3可使BaTiO3居里点升高。

压峰效应是为了降低居里点处的介电常数的峰值，即降低ε-T非线性，也使工作状态相应于ε-T平缓区。

例如在BaTiO3中加入CaTiO3可使居里峰值下降。

常用的压峰剂（或称展宽剂）为非铁电体。

如在BaTiO3加入Bi2/3SnO3，其居里点几乎完全消失，显示出直线性的温度特性，可认为是加入非铁电体后，破坏了原来的内电场，使自发极化减弱，即铁电性减小。

9、“软性”添加物：可以使陶瓷性能往“软”的方面变化，也就是提高弹性柔顺系数S，降低Qm，提高ε，增大tanδ，提高kp，降低EC，提高ρv等。

“硬性”添加物是指进入A位置的K+、Na+、以及进入B位置的Fe2+、Co2+、Mn2+、Ni2+、Mg2+、Al３+、Ga3+、In3+、Cr3+、Sc3+等金属离子。

与“软性”添加物的作用相反，“硬性”添加物能使压电陶瓷的性能向“硬”的方向发展：tanδ降低， EC提高，提高Qm，提高ε，稍稍降低kp，ρv变小等。

10、①尖晶石型铁氧体它属于立方晶系，分子式一般以(MeFe2O4)表示、②磁铅石型铁氧体。

它属于六方晶系，分子式为MeFe12O19、③石榴石型铁氧体。

属立方晶系，分子式为Me3Fe5O12或写成3Me2O3·5Fe2O3。

其中Me表示+3价稀土金属离子。

11、预烧的目的：是使γ-Al2O3全部转变为α-Al2O3，减少烧成收缩。

此外，预烧还可以去除Al2O3原料中的Na2O，提高原料的纯度从而保证产品的性能
影响因素：①通常要加入适量的添加物，如H3BO3、NH4F、AlF3等，加入量一般为0.3~3%
②预烧气氛，对氧化铝中的含碱量影响比较大。

③跟预烧的温度有关
12、ZrO2的晶型转变
13、碳热还原法、气相沉积法、自蔓燃高温合成法（SHS法）2715℃
单斜ZrO2 1170℃
四方ZrO2 立方ZrO2 熔体
2370℃
14、刚玉莫来石瓷制备过程中各组分的作用：
粘土：1、耐火粘土或高岭土加热分解时生成莫来石。

2、它赋予坯体良好的可塑性，便于成型。

工业氧化铝：工业氧化铝能转化为刚玉，又能与粘土分解后的石英生成二次莫来石。

Al2O3含量增加，瓷体的各项性能均有所提高。

氧化钙：增进二次莫来石化的程度，与Al2O3、SiO2及其它物质生成低熔点的钙玻璃，除去了坯体中游离的石英，能起助熔作用，促进烧结。

氧化镁：增进二次莫来石化的程度。

生成镁铝尖晶石，抑制刚玉晶体的二次再结晶，细晶，提高瓷体性能。

生成低熔点的镁玻璃体，除去坯体中的游离石英，助熔，降低烧结温度。

氧化镁的引入方式
白云石白云石煅烧过程中分解出CO2，得到活性较大的CaO及MgO。

它们在配方中起前面所述的氧化镁和氧化钙的作用
滑石：与其它物质易化合，起矿化、助熔等作用。

碳酸钡有利于瓷坯的烧结, 大大降低了材料的介电损耗，改善了瓷坯的电性能,防止刚玉晶粒的过分长大。

其它外加剂：如SrCO3，萤石(CaF2)及焦硼酸钡等，它们可作助熔剂、及晶粒抑制剂。

15、滑石瓷中常用外加剂及其主要作用
1、粘土（5-10%）---目的是提高可塑性、降低烧结温度。

要注意引入杂质会导致电性能恶化，缩小烧结温度范围。

2、碱土金属氧化物（钙、锶、钡、镁等的碳酸盐）均能改变滑石瓷的电性能。

（1）其中BaO能大幅提高滑石瓷的体积电阻率两个数量级，降低介质损耗。

BaO＞CaO＞SrO。

（2）可以降低烧结温度，含量过高会缩小烧结温度范围，CaO缩小烧结温度范围最严重，且CaO会导致晶粒粗大，促进瓷坯老化。

（3）BaCO3能防止瓷坯老化，加入量5-10％为宜，太多会降低玻璃粘度，缩小烧结范围。

（4）MgO与滑石分解的游离石英结合生成电性能优良的MgO·SiO2，可提高电性能，降低烧结温度，扩大烧结范围。

引入量8-10％，太多会生成镁橄榄石（2MgO·SiO2)，会提高烧结温度，增加膨胀系数，降低热稳定性。

一般MgO的引入形式为菱镁矿或-碳酸镁。

3、氧化铝（1-3%）---可与游离石英生成电性能好的硅线石（Al2O3·SiO2)，可以降低烧结温度，能防止瓷件老化，稳定瓷的介电性能，但会显著降低瓷的抗折强度。

用量过多会生成堇青石。

4、硼酸盐（2-3%方硼石）---是强的助熔剂，能大幅降低烧结温度，同时大副降低粘度。

熔相利于金属化封接。

5、氧化锆和氧化锌（4%以下）---能有效的扩大烧结温度和提高材料的机械强度。

能提高玻璃相的粘度，因而可以扩大烧结范围，促进细晶化，提高机械强度。

6、长石（6-7%）---扩大烧结范围60℃。

注意碱金属离子对电性能的破坏作用。

7、生滑石（6—24%）---塑性
8、烧滑石（50—92%）---层状、收缩、粉磨。

16、BaTiO3的晶型转变，居里温度的含义
在1460℃以下，BaTiO3存在三次相变、四种不同的晶型结构。

●当T>120℃时为对称性较高的立方晶系，属于顺电相，不具有铁电性。

●当T<120℃时则为四方晶型，该温度范围沿c轴出现自发极化并呈现铁电性。

●当T≈0.5℃时，转变为正交晶系，自发极化轴沿[011]方向。

当T≈-80℃时又如
转变为三方晶系，自发极化轴方向为[111]。

居里温度：铁电体的自发极化只在某一温度范围内方才存在(Ps≠0)，当温度超过某一极限值以后，自发极化即行消失(Ps=0)。

这一物理过程的临界温度Tc被称为“居里温度(点)”
17、BaTiO3陶瓷的半导化
●1、强制还原
Ba2+Ti4+O2-3→Ba2+[Ti4+1-x(Ti4+·e)2x]O3-X2-+V Ox+1/2O2
●2、掺杂
高价掺杂形成施主能级→n型半导体，低价掺杂形成受主能级→Ｐ型半导体。

BaTiO3+x La3+ → Ba2+1-x La3+x[Ti4+1-x(Ti4+·e)x]O32- + x Ba2+
BaTiO3+x Bi3+ → Ba2+1-x Bi3+x[Ti4+1-x(Ti4+·e)x]O32- + x Ba2+
BaTiO3+x Ta5+ → Ba2+[Ti4+1-2x(Ti4+·e)x Ta5+x ] O32-
18、MLCC定义，及其制备工艺。

叠层电容器（MLCC）是指在流延(或轧膜)工艺生产的陶瓷膜片(sheet)上，先印刷上几十个或几百个电极图案，然后把许多层这种膜片交错叠合，层间用聚乙稀醇缩丁醛(PVB)溶液粘合、精确的定位、叠层加压形成一个整体。

再通过切割，脱粘合剂，一次烧结使之形成独石(monolithic)结构，再制作端电极，就制成了叠层电容器。

19、压电陶瓷的生产工艺及人工极化作用。

▪主要工艺流程：
配料→球磨→过滤、干燥→预烧→二次球磨→过滤、干燥→过筛→成型→排塑→烧结→精修→上电极→烧银→极化→测试
▪人工极化
1、在陶瓷片上加一个足够高的直流电场，迫使陶瓷内部的电畴转向，或者说迫使
自发极化作定向排列的过程。

2、是压电陶瓷生产必需的工艺环节。

(a)人工极化处理前为多电畴晶粒，陶瓷为多晶结构，内极化强度为零；
(b) 极化处理中，晶粒可形成单畴，即自发极化沿电场方向排列；
(c) 极化处理后，陶瓷内存在剩余极化强度。

20、ZrO2陶瓷的导电机理：
稳定 ZrO2，由于稳定剂的金属离子会与 Zr4+进行不等价置换，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，于是在Ca2+周围必须失掉一个在正常位置上的 O2- 离子，才能保持晶格中的电中性，于是便产生一个氧空位。

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陶瓷导电。

20、陶瓷透明化的措施：
1、是提高陶瓷原材料的纯度和细度，并且颗粒要均匀，他们采用直径只有0．3微米的氧化铝为原料。

2、是减慢陶瓷结晶过程中晶体长大的速度，这样可以依靠晶粒边界的缓慢移动把微气孔赶跑。

3、是减少烧制炉中的空气，尽量达到真空。