高技术陶瓷材料

1 功能陶瓷

是指以电、磁、光、声、热力、化学和生物学信息的检测、转换、耦合、传输及存储功能为主要特征，这类介质材料通常具有一种或多种功能。

与传统陶瓷相比，功能陶瓷具备了一些特殊性能(热、机械、化学、电磁、光)。其功能的实现主要来自于它所具有的特定的电绝缘性、半导体性、导电性、压电性、铁

电性、磁性、生物适应性等。

一、电子陶瓷：电介质陶瓷、半导体陶瓷、和导电陶瓷；

二、磁性陶瓷

三、敏感陶瓷：热敏、压敏、湿敏、气敏、多敏等；

四、超导陶瓷

五、光学陶瓷

六、生物陶瓷

1.1压电陶瓷

陶瓷在外加力场作用下出现宏观的压电效应，称为压电陶瓷。

压电陶瓷的优点是价格便宜，可以批量生产，能控制极化方向，添加不同成分，可改

变压电特性。

压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。依据电介质压电效应研制的一类传感器称为压电传感器。

换种解释：瓷片压缩，极化强度变小，释放部分吸附自由电荷，出现放电现象。F 撤除，瓷片回复原状，极化强度变大，吸附一些自由电荷，出现充电现象。这种由机械能转变为电能的现象，称为正压电效应。

在瓷片上施加与极化方向相同电场。极化强度增大，瓷片发生伸长形变。反之则

发生缩短形变。这种由电能转变为机械能的现象，称为逆压电效应。

1.2 压电陶瓷应用

1.3压电陶瓷制作工艺

压电陶瓷的制作过程主要步骤：

1.3.1配料（原料的选择和处理）

1纯度：对纯度的要求应适度。高纯原料，价格昂贵，烧结温度高，温区窄。纯度

稍低的原料，有的杂质可起矿化和助熔的作用，反而使烧结温度较低，且温区较宽。过低纯度原料杂质多，不宜采用。

2杂质含量：杂质允许量主要根据以下三点因素决定：

1) 杂质类型：

①有害杂质对材料绝缘、介电性等影响极大的杂质，特别是异价离子。如B、

C、P、S、Al等，愈少愈好。

②有利杂质与材料A、B位离子电价相同、半径接近，能形成置换固溶的杂质。

如Ca2+、Sr2+、Ba2+、Mg2+、Sn4+、Hf4+等离子，一般在0.2~0.5%范围内，坏的影响

不大，甚至有利。

2) 材料类型：

①接收型压电陶瓷材料已引入了降低电导率和老化率的高价施主杂质，原料中

在0.5%以内的杂质不足以显著影响施主杂质的既定作用。

②发射型压电陶瓷材料要求低机电损耗，因而配料中的杂质总量，愈少愈好，

一般希望在0.05%以下。对于为了提高其它性能参数的有意添加物，另当别论。

3)原料在配方中的比例：在PZT配方中，比例大的原料Pb3O4、ZrO2、TiO2分别占

重量比的60%、20%和10%左右，若杂质多，引入杂质总量也多。因此，要求杂质总含

量均不超过2%，即要求纯度均在98%以上。

配方中比例小的其它原料，杂质总含量可稍高一些，一般均在3%以下，即要求纯

度均在97%以上，特殊要求例外。

3 稳定性与活泼性：

稳定性是指未进行固相反应前原料本身的稳定性。如碱金属和碱土金属氧化物易与

水作用，在空气中不易保存，不稳定。如Na、Ca、Ba、Sr、Mg的氧化物，不宜采用。

宜采用与水不起作用、稳定的、加热又能分解出活泼性大的新鲜氧化物的相应的碳酸盐。如Na2CO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3、MgCO3等。

活泼性是指在固相反应中原料本身的活泼性。活泼性好的原料能促使固相反应完全，利于降低合成温度，减少铅挥发如Pb3O4原料比PbO原料活泼性好。因其在加热

中可分解脱氧成新鲜活泼性大的PbO。

4 颗粒度:

原料颗粒度要求小于0.2μm，微量添加物应更细。这样，可增加混料接触面积，

利于互扩散反应，使组成均匀。还可减小陶瓷内应力，增加机械强度等。

原料处理方面有以下常用方法：

①采用的原料，若颗粒较粗，如MnO2、出厂未细磨的ZrO2等，必须细磨。可采取

振磨、球磨、行星磨等，小量原料也可用研钵研细。

②烘干为了不影响配料的准确性，含水原料必须进行烘干脱水处理。一般在电

热式干燥箱中干燥。温度110~120℃，时间不少于4小时，直至无水分为止。

③化学分析在大批量生产压电陶瓷时，每批购进的原料，因制造或分装的厂商不同、批次的不同，其质量可能不同。因此，应抽样化验其纯度或杂质，检测其颗粒度，以保证压电陶瓷的性能。

1.3.2混合与粉碎

混合是将称量好的原料混合均匀、相互接触，以利于预烧时充分的化学反应。粉

碎是将预烧好料块细化，达到一定的平均粒度和粒度分布，为成型和烧成创造

有利条件。

1.3.4预烧

预烧(合成)是通过原料中原子或离子之间在加热作用下的扩散来完成固相化学反

应，生成瓷料的过程。

(1) 预烧的目的

①使各原料的固相化学反应充分均匀，生成组成固定的固溶体，形成主晶相。②

排除原料中的二氧化碳和水分等，减小坯体的烧成收缩、变形，以便于控制产

品外形尺寸。

1.3.5 成型

成型就是将瓷料压制成所需要的形状规格的坯体，并为烧结创造条件。

坯体成型的方式和方法很多，如压力成型法、可塑成型法和浆料成型法等，每大