,微观结构
合集下载
- 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、"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、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)。
玻璃相的成因：由于起始化合物，添加物或原材料中 的杂质等在达到烧成温度以前即熔融经冷却形成的，通过 改变添加物的种类和数量可以改变玻璃相的数量性质和生 成温度。
6
§2-2 电子陶瓷的显微结构
玻璃相的作用
a、粘结的作用，填充晶粒的间隙把晶粒粘在一起使陶瓷密化 b、降低烧结温度促进烧结的作用,蒸发一凝聚扩散机理 c、阻止或延缓晶型转变抑制二次粒长 ¾ 适量的玻璃相可提高材料的抗电强度和机械强度
解的气体等在烧结过程中大部分沿陶瓷晶界扩散排除，然 而总有少部分特别是裹在晶粒中
的气体不能排除。它们以O2，H2， N2，CO2，H2O等形式停留在材料 中而形成气相。气相对陶瓷材料
的电学热学光学和机械强度及热
稳定性有影响。
8
§2-2 电子陶瓷的显微结构
气相的影响
a 、抗电强度下降 b 、机械强度下降 c 、光的透过率下降
a、使抗电强度下降 y 陶瓷介瓷一般抗电强度≥10kv/mm，而气相为
2-2.5kv/mm y 原因：气相游离电离
| 局部发热使材料热击穿 | 气相击穿—陶瓷材料场强提高----材料击穿
9
§2-2 电子陶瓷的显微结构
b、 使机械强度下降
y 陶瓷材料的结合力为离子键或共价键结合力本应很强, 然而陶瓷材料为什么易断裂呢？
13
§2-2 电子陶瓷的显微结构
A. 晶界处存在大量缺陷 晶界模型认为晶界模型认为晶界由一系列位错
组成。晶格空位、杂质原子和填隙原子等缺陷也较 多。若为相界，由于两晶粒组成相不同，结构常数 相差太大，往往存在大量的 缺陷。总之，晶界处的缺陷 多于晶粒内部，因而晶界处 的荷质扩散比晶粒内部大的 多。
2
§2-1 绪言
杂质的添加 粒界现象
杂质是在固 溶限以内
GB析出 偏析 相分离
结构特点
抑制晶粒 长大
偏析层的 形成
杂质是在固 溶限以外
液相烧结
粒间相 形成
将杂质由 表面注入
粒界扩散
扩散层 的形成
性质
去除气孔 陶瓷透明化 机械强度提 高
势垒的形成
p-n结形成 绝缘层形成
应用示例
透明Al2O3 透明PLZT
材料中存有大量微裂纹
微裂纹理论
σF =
γE
C
σF---- 拉应力作用一脆性材料的断裂应力 γ ------ 材料的表面能
E ------ 弹性模量
C------ 材料内部裂纹长度
上式说明材料的抗拉强度随微裂纹增多而下降，而材料中 的气孔正好是多外力的作用后产生的裂纹的发源地，因此气 孔率愈高，机械强度愈差。
称析出晶相）陶瓷中可能有好几种晶相。其中数量最多（主
晶相）对材料中数量少的晶相(次晶相)。
y 次晶相的来源： a、原材料中未反应完全的残余物
b、同质异晶转变
c、反应析出分析物
d、偶然性杂质混入
次晶相往往使材料的性能恶化，应尽量减少。
5
§2-2 电子陶瓷的显微结构
2、玻璃相
玻璃相是指陶瓷材料中的非晶态物质。玻璃相分布在 晶粒的周围成连续状或仅仅分布在三界处，也可能形成孤 岛状。
注意：但是材料中存在一定量的气孔也不是绝对无益的，
如各种气敏湿敏材料中为了增大表面积应使陶瓷表面具有尽
可能多的开口气孔。
11
§2-2 电子陶瓷的显微结构
4 、晶界
在多晶材料的形成过程中，晶粒是各自为核心长大的， 到后期晶粒长大至相互接触，共同组成了晶粒间界。
1) 晶界是指同类物质的晶粒间界（GB），相界是指不同类 （异相）物质的晶粒间界（PB）
一般陶瓷 压电陶瓷 Si3N4陶瓷 PTC 热敏 ZnO 压敏 SnO2 湿敏 CdS光敏
BLC Mn-Zn铁氧体
其它粒界物性
WO3电色材料 SAW滤波器
3
§2-2 电子陶瓷的显微结构
对于一定的组成，采用一定的工艺制得的陶瓷材料，其显 微结构具有一定的特点。这种特点决定了它的机电性能。通 过观察陶瓷的显微结构一方面可预测机电光学性能的好坏， 更重要的是能判断组成工艺的合理性从而改进配方和工艺制 出性能更能符合设计要求的材料。
2) 由于各种晶粒的取向是随机的，其晶轴在空间的交角有 多种方式。
|θ＝ θ 1＋ θ 2 称为晶界角
|θ 1＝ θ 2时
对称晶界
|θ 1≠ θ 2时
非对称晶界
|θ ≤5
小角度晶界
12
§2-2 电子陶瓷的显微结构
3） 晶界的特点（性质）
A．晶界处存在大量缺陷 B．晶界处有空间电荷区 C．晶界上易出现杂质偏析
玻璃相的缺点
结构疏松Na+，K+等金属离子作为网络的变性剂易进入玻璃 网络，在外电场作用下易迁移，故电导产生松驰极化使介质损 耗（tgδ）增大。过量的玻璃相对材料的机械强度也有影响。
7
§2-2 电子陶瓷的显微结构
3、 气相
气相的形成过程
烧结过程就是气孔排除，使材料致密化的过程。坯体
中的空气、水汽、粘合剂和易挥发物形成气体，化合物分
14
§2-2 电子陶瓷的显微结构
B、晶界处有空间电荷区 y 陶瓷大部分为离子晶体，晶界缺陷必然使晶界带 有某种电荷。比如正离子缺位带负电，负离子缺 位必然带正电，另外，人们为了获得一定的性能， 往往掺入异价杂质离子，这使晶界处缺陷浓度增 加，晶界电荷也增加。 y 晶界电荷必然产生一电场，从而使得晶粒内靠近 晶界的一定范围内出现与晶界电荷符号相反的空 间电荷区。空间电荷区的宽度约为20～100 Å 。15
如Al2O3气孔率达10%时机械强度下降一半。
10
§2-2 电子陶瓷的显微结构
c、 气孔使光的透过率下降 y 理论上陶瓷材料中不存在气孔。由于各粒取向是随机的， 各向同性是一种透光材料，但气孔的存在则是陶瓷的透 光率大大下降。 y 气孔的尺寸与波长相当就成为光的散射中心 y 透明Al2O3材料中气孔率（<0.1%），含杂质少因而可达 到高的透光率。
陶瓷一般为多晶多相材料，必然存在晶界及相界。 它通常包括一种以上的晶相，一定数量的玻璃相,少 量或极少量的气相,微裂纹等。
4
§2-2 电子陶瓷的显微结构
来自百度文库
１、晶相
晶相是指陶瓷材料中具有晶态结构的相，它是陶瓷材料
最基本最主要的部分。晶相的性质决定着陶瓷材料的性质，
不同的材料决定不同的晶相，晶相包括主晶相和次晶相（或
电子陶瓷物理 第二章 陶瓷中的粒界现象及其应用
杨成韬 李恩竹
§2-1 绪言
电子陶瓷结构的分类 1）物性论结构：结晶学的分析方法，电子轨道；
离子充填；结晶构造； 2) 形态学结构：晶粒大小、形状、集合状态； 3）相乘作用的结构：结合界面附近由于异种物质间的相
互作用而产生了新的物理效应；
本课程主要讨论形态学结构和相乘作用结构
6
§2-2 电子陶瓷的显微结构
玻璃相的作用
a、粘结的作用，填充晶粒的间隙把晶粒粘在一起使陶瓷密化 b、降低烧结温度促进烧结的作用,蒸发一凝聚扩散机理 c、阻止或延缓晶型转变抑制二次粒长 ¾ 适量的玻璃相可提高材料的抗电强度和机械强度
解的气体等在烧结过程中大部分沿陶瓷晶界扩散排除，然 而总有少部分特别是裹在晶粒中
的气体不能排除。它们以O2，H2， N2，CO2，H2O等形式停留在材料 中而形成气相。气相对陶瓷材料
的电学热学光学和机械强度及热
稳定性有影响。
8
§2-2 电子陶瓷的显微结构
气相的影响
a 、抗电强度下降 b 、机械强度下降 c 、光的透过率下降
a、使抗电强度下降 y 陶瓷介瓷一般抗电强度≥10kv/mm，而气相为
2-2.5kv/mm y 原因：气相游离电离
| 局部发热使材料热击穿 | 气相击穿—陶瓷材料场强提高----材料击穿
9
§2-2 电子陶瓷的显微结构
b、 使机械强度下降
y 陶瓷材料的结合力为离子键或共价键结合力本应很强, 然而陶瓷材料为什么易断裂呢？
13
§2-2 电子陶瓷的显微结构
A. 晶界处存在大量缺陷 晶界模型认为晶界模型认为晶界由一系列位错
组成。晶格空位、杂质原子和填隙原子等缺陷也较 多。若为相界，由于两晶粒组成相不同，结构常数 相差太大，往往存在大量的 缺陷。总之，晶界处的缺陷 多于晶粒内部，因而晶界处 的荷质扩散比晶粒内部大的 多。
2
§2-1 绪言
杂质的添加 粒界现象
杂质是在固 溶限以内
GB析出 偏析 相分离
结构特点
抑制晶粒 长大
偏析层的 形成
杂质是在固 溶限以外
液相烧结
粒间相 形成
将杂质由 表面注入
粒界扩散
扩散层 的形成
性质
去除气孔 陶瓷透明化 机械强度提 高
势垒的形成
p-n结形成 绝缘层形成
应用示例
透明Al2O3 透明PLZT
材料中存有大量微裂纹
微裂纹理论
σF =
γE
C
σF---- 拉应力作用一脆性材料的断裂应力 γ ------ 材料的表面能
E ------ 弹性模量
C------ 材料内部裂纹长度
上式说明材料的抗拉强度随微裂纹增多而下降，而材料中 的气孔正好是多外力的作用后产生的裂纹的发源地，因此气 孔率愈高，机械强度愈差。
称析出晶相）陶瓷中可能有好几种晶相。其中数量最多（主
晶相）对材料中数量少的晶相(次晶相)。
y 次晶相的来源： a、原材料中未反应完全的残余物
b、同质异晶转变
c、反应析出分析物
d、偶然性杂质混入
次晶相往往使材料的性能恶化，应尽量减少。
5
§2-2 电子陶瓷的显微结构
2、玻璃相
玻璃相是指陶瓷材料中的非晶态物质。玻璃相分布在 晶粒的周围成连续状或仅仅分布在三界处，也可能形成孤 岛状。
注意：但是材料中存在一定量的气孔也不是绝对无益的，
如各种气敏湿敏材料中为了增大表面积应使陶瓷表面具有尽
可能多的开口气孔。
11
§2-2 电子陶瓷的显微结构
4 、晶界
在多晶材料的形成过程中，晶粒是各自为核心长大的， 到后期晶粒长大至相互接触，共同组成了晶粒间界。
1) 晶界是指同类物质的晶粒间界（GB），相界是指不同类 （异相）物质的晶粒间界（PB）
一般陶瓷 压电陶瓷 Si3N4陶瓷 PTC 热敏 ZnO 压敏 SnO2 湿敏 CdS光敏
BLC Mn-Zn铁氧体
其它粒界物性
WO3电色材料 SAW滤波器
3
§2-2 电子陶瓷的显微结构
对于一定的组成，采用一定的工艺制得的陶瓷材料，其显 微结构具有一定的特点。这种特点决定了它的机电性能。通 过观察陶瓷的显微结构一方面可预测机电光学性能的好坏， 更重要的是能判断组成工艺的合理性从而改进配方和工艺制 出性能更能符合设计要求的材料。
2) 由于各种晶粒的取向是随机的，其晶轴在空间的交角有 多种方式。
|θ＝ θ 1＋ θ 2 称为晶界角
|θ 1＝ θ 2时
对称晶界
|θ 1≠ θ 2时
非对称晶界
|θ ≤5
小角度晶界
12
§2-2 电子陶瓷的显微结构
3） 晶界的特点（性质）
A．晶界处存在大量缺陷 B．晶界处有空间电荷区 C．晶界上易出现杂质偏析
玻璃相的缺点
结构疏松Na+，K+等金属离子作为网络的变性剂易进入玻璃 网络，在外电场作用下易迁移，故电导产生松驰极化使介质损 耗（tgδ）增大。过量的玻璃相对材料的机械强度也有影响。
7
§2-2 电子陶瓷的显微结构
3、 气相
气相的形成过程
烧结过程就是气孔排除，使材料致密化的过程。坯体
中的空气、水汽、粘合剂和易挥发物形成气体，化合物分
14
§2-2 电子陶瓷的显微结构
B、晶界处有空间电荷区 y 陶瓷大部分为离子晶体，晶界缺陷必然使晶界带 有某种电荷。比如正离子缺位带负电，负离子缺 位必然带正电，另外，人们为了获得一定的性能， 往往掺入异价杂质离子，这使晶界处缺陷浓度增 加，晶界电荷也增加。 y 晶界电荷必然产生一电场，从而使得晶粒内靠近 晶界的一定范围内出现与晶界电荷符号相反的空 间电荷区。空间电荷区的宽度约为20～100 Å 。15
如Al2O3气孔率达10%时机械强度下降一半。
10
§2-2 电子陶瓷的显微结构
c、 气孔使光的透过率下降 y 理论上陶瓷材料中不存在气孔。由于各粒取向是随机的， 各向同性是一种透光材料，但气孔的存在则是陶瓷的透 光率大大下降。 y 气孔的尺寸与波长相当就成为光的散射中心 y 透明Al2O3材料中气孔率（<0.1%），含杂质少因而可达 到高的透光率。
陶瓷一般为多晶多相材料，必然存在晶界及相界。 它通常包括一种以上的晶相，一定数量的玻璃相,少 量或极少量的气相,微裂纹等。
4
§2-2 电子陶瓷的显微结构
来自百度文库
１、晶相
晶相是指陶瓷材料中具有晶态结构的相，它是陶瓷材料
最基本最主要的部分。晶相的性质决定着陶瓷材料的性质，
不同的材料决定不同的晶相，晶相包括主晶相和次晶相（或
电子陶瓷物理 第二章 陶瓷中的粒界现象及其应用
杨成韬 李恩竹
§2-1 绪言
电子陶瓷结构的分类 1）物性论结构：结晶学的分析方法，电子轨道；
离子充填；结晶构造； 2) 形态学结构：晶粒大小、形状、集合状态； 3）相乘作用的结构：结合界面附近由于异种物质间的相
互作用而产生了新的物理效应；
本课程主要讨论形态学结构和相乘作用结构