第8次课-功能陶瓷PPT资料.ppt

1、n原理：当给定子加上电之后，由于逆压电效应，定子表面就会产生超声振动。由于定子和转子之间的摩擦力的作用，转子也会跟着运动起来。n优点：结构简单、启动快、体积小、无电磁干扰。3.3 3.3 敏感陶瓷敏感陶瓷3.3.1 敏感陶瓷的分类及应用敏感陶瓷的分类及应用3.3.2 敏感陶瓷的结构与性能敏感陶瓷的结构与性能3.3.3 敏感陶瓷的半导体化过程敏感陶瓷的半导体化过程3.3.4 热敏陶瓷热敏陶瓷3.3.5 气敏陶瓷气敏陶瓷3.3.6 湿敏陶瓷湿敏陶瓷3.3 3.3 敏感陶瓷敏感陶瓷某某些些陶陶瓷瓷的的电电阻阻率率、电电动动势势等等物物理理量量对对热热、湿湿、光光、电电压压及及某某种种气气体体、某某种

2、种离离子子的的变变化化特别敏感这一特性特别敏感这一特性。3.1 电介质陶瓷电介质陶瓷3.2 铁电陶瓷铁电陶瓷3.3 敏感陶瓷敏感陶瓷3.4 导电陶瓷导电陶瓷3.5 超导陶瓷超导陶瓷3.6 磁性陶瓷磁性陶瓷3.7 陶瓷的金属化和封接陶瓷的金属化和封接第三章、功能陶瓷第三章、功能陶瓷3.4 3.4 导电陶瓷导电陶瓷 在一定条件（温度、压力等）下具有在一定条件（温度、压力等）下具有电子（或空穴）电子（或空穴）电导电导或或离子电导离子电导的陶瓷叫导电陶瓷。的陶瓷叫导电陶瓷。电子电导电子电导（包括空穴电导包括空穴电导）有有氧化物或碳化物氧化物或碳化物半导体半导体半导体半导体等。等。离子电导离子电导有有固

3、体电解质陶瓷固体电解质陶瓷，如，如ZrO2、-Al2O3等。这等。这些都是离子晶体的氧化物或复合物。些都是离子晶体的氧化物或复合物。3.4 3.4 导电陶瓷导电陶瓷在在固固体体电电解解质质中中，带带电电离离子子的的运运动动比比在在液液体体中中倍倍受受限限制制，但仍然能但仍然能以扩散的形式发生以扩散的形式发生，从而产生离子电导。，从而产生离子电导。陶陶瓷瓷的的电电导导率率是是横横穿穿晶晶界界的的电电导导率率和和沿沿表表面面晶晶体体的的电电导率之和导率之和。离离子子在在晶晶体体中中扩扩散散通通过过取取代代晶晶格格空空位位的的方方式式进进行行，在在一般情况下，一般情况下，这类运动取向混乱这类运动取向

4、混乱，不给出净的电荷运动不给出净的电荷运动；然然而而在在电电场场作作用用下下，离离子子会会沿沿着着电电场场方方向向运运动动，从从而而产生了离子导电流。产生了离子导电流。3.4.1 ZrO2导电陶瓷导电陶瓷 ZrO2的结晶形态与稳定的结晶形态与稳定3.4 3.4 导电陶瓷导电陶瓷单斜单斜ZrO2转变为四方转变为四方ZrO2会产生会产生35%的体积收缩的体积收缩 加加入入某某些些适适量量的的氧氧化化物物（例例如如Y2O3、CaO、MgO等等），可可使使ZrO2变变成成无无异异常常收收缩缩的的等等轴轴晶晶型型或或四四方方晶晶型型的稳定的稳定ZrO2。晶型转变晶型转变3.4.2 ZrO2陶瓷的导电机理

5、陶瓷的导电机理 稳稳定定ZrO2中中，由由于于稳稳定定剂剂的的金金属属离离子子会会与与Zr4+进进行行不等价置换不等价置换，产生，产生氧离子缺位氧离子缺位。以以Ca2+为为例例，当当Ca2+取取代代了了Zr4+之之后后，使使正正电电荷荷减减少少了了+2价价，于于是是在在Ca2+周周围围必必须须失失掉掉一一个个在在正正常常位位置置上上的的O2-离离子子，才才能能保保持持晶晶格格中中的的电电中中性性，于于是是便便产产生生一一个个氧氧空位空位。同同样样，用用Y3+取取代代Zr4+使使正正电电荷荷少少了了+1价价。所所以以在在两两个个钇钇离离子子周周围围存存在在一一个个氧氧空空位位。从从而而保保持持了

6、了稳稳定定ZrO2晶晶格的电中性。格的电中性。因因此此在在稳稳定定的的ZrO2晶晶格格内内存存在在大大量量的的氧氧空空位位，使使ZrO2陶瓷成为导电陶瓷陶瓷成为导电陶瓷。3.4 3.4 导电陶瓷导电陶瓷3.4.2 ZrO2陶瓷的导电机理陶瓷的导电机理 氧离子空位氧离子空位3.4 3.4 导电陶瓷导电陶瓷3.4.3 ZrO2导电陶瓷的制造工艺导电陶瓷的制造工艺依产品的依产品的性能、形状、大小性能、形状、大小的不同可以有多种方法：的不同可以有多种方法：采用采用注浆成型注浆成型，在瓷球磨筒内配制中性泥浆，在瓷球磨筒内配制中性泥浆，料：球：水：胶液料：胶液=1：1.5：0.6：0.15，具有较好的悬浮

7、性和流动性。具有较好的悬浮性和流动性。采采用用模模压压法法成成型型，配配料料可可选选用用两两种种不不同同温温度度下下稳稳定定的的ZrO2料料：一一种种是是高高于于1700稳稳定定的的；另另一一种种是是在在1450稳稳定定的的。其其比比例例，前前者者为为60-70%，后后者者为为30-40%。然然后后混混合均匀，合均匀，加入适当的粘结剂加入适当的粘结剂，压制成型。，压制成型。原原料料要要求求ZrO2采采用用超超细细粉粉末末（0.05 微微米米），纯纯度度为为99.5%，稳定剂采用，稳定剂采用Y2O3或或Al2O3纯度为试剂级。纯度为试剂级。3.4 3.4 导电陶瓷导电陶瓷3.4.3 ZrO2导电

8、陶瓷的制造工艺导电陶瓷的制造工艺工艺流程工艺流程3.4 3.4 导电陶瓷导电陶瓷在中性或氧化气氛中烧结在中性或氧化气氛中烧结3.4.3 ZrO2导电陶瓷的制造工艺导电陶瓷的制造工艺ZrO2陶瓷导电性能陶瓷导电性能3.4 3.4 导电陶瓷导电陶瓷银的电导率为6.3107（m）-13.5 超导陶瓷超导陶瓷3.5 3.5 超导陶瓷超导陶瓷3.5.1 3.5.1 超导体超导体 超超导导体体：指指当当某某种种物物质质冷冷却却到到低低温温时时电电阻阻突突然然变变为为零零，同同时物质内部失去磁通成为完全抗磁性的物质时物质内部失去磁通成为完全抗磁性的物质。每每一一种种超超导导体体都都有有一一定定的的超超导导转

9、转变变温温度度，即即物物质质由由常常态态转转变为超导态的温度称其为变为超导态的温度称其为超导临界温度，超导临界温度，TcTc表示。表示。3.5 3.5 超导陶瓷超导陶瓷3.5.1 3.5.1 超导体超导体 判断材料是否具有超导性，判断材料是否具有超导性，有两个基本的特征有两个基本的特征：超导电性超导电性，指材料在低温下失去电阻的性质指材料在低温下失去电阻的性质；完完全全抗抗磁磁性性，指指超超导导体体处处于于外外界界磁磁场场中中，磁磁力力线线无无法法穿穿透，透，超导体内的磁通为零超导体内的磁通为零。超超导导体体呈呈现现的的超超导导现现象象取取决决于于温温温温度度度度、磁磁磁磁场场场场、电电电电流

10、流流流密密密密度度度度的的大小。大小。1、临界温度、临界温度 TC2、临界电流密度、临界电流密度 JC3、临界磁场强度、临界磁场强度 HC3.5 3.5 超导陶瓷超导陶瓷3.5.1 3.5.1 超导体超导体超导体的分类，超导体的分类，从材料来分，可分为三大类从材料来分，可分为三大类：即即元元素素超超导导体体、合合金金或或化化合合物物超超导导体体、氧氧氧氧化化化化物物物物超超超超导导导导体体体体（即即陶瓷超导体陶瓷超导体）。）。从从低温处理方法来分低温处理方法来分，可分为：，可分为：液氦温区超导体（液氦温区超导体（4.2K以下），以下），液氢温区超导体（液氢温区超导体（20K以下），以下），液氮

11、温区超导体（液氮温区超导体（77K以下），以下），常温超导体。常温超导体。1.1985年前的超导转变温度年前的超导转变温度单质单质Nb 9.3K 化合物材料化合物材料Nb3Ge 23.2K 液氦温区液氦温区 低温超导体低温超导体 2高温超导材料发现高温超导材料发现 LaBaCuO 氧化物陶瓷材料氧化物陶瓷材料 30 K 1986年年 缪勒（瑞士）缪勒（瑞士）贝德诺兹（德）贝德诺兹（德）1987年年 缪勒缪勒 贝德诺兹贝德诺兹 获诺贝尔物理学奖获诺贝尔物理学奖3华人超导物理学家华人超导物理学家 赵忠贤（中）赵忠贤（中）朱经武（美）朱经武（美）发现发现YBaCuO 90K 液氮温区液氮温区 高温超

12、导体高温超导体4.高温超导材料高温超导材料 铋系铋系 110K 铊系铊系 125K 汞系汞系 134K（常压）（常压）164K（高压（高压）5高温超导研究高温超导研究 典型结构典型结构 La系系 Y系系 Bi系系 Tl系系 3.5.2 3.5.2 超导陶瓷的制造工艺超导陶瓷的制造工艺 氧化物超导陶瓷的制备方法普遍氧化物超导陶瓷的制备方法普遍采用固态反应法采用固态反应法。即将。即将组成粉料按配比混合压制，置于氧化铝坩埚中，放在电炉中组成粉料按配比混合压制，置于氧化铝坩埚中，放在电炉中进行烧结，烧结温度为进行烧结，烧结温度为900-960900-960，时间至少为，时间至少为4 4小时，一小时，一

13、般为自然冷却。为使材料均匀，可进行粉碎，重新压片，进般为自然冷却。为使材料均匀，可进行粉碎，重新压片，进行第二次，甚至第三次烧结。行第二次，甚至第三次烧结。成型可在一般压机上进行成型可在一般压机上进行，也可采用等静压成型。，也可采用等静压成型。烧结对超导陶瓷的性能影响很大。烧结温度过低，反应烧结温度过低，反应不完全；过高又会出现相分解不完全；过高又会出现相分解。烧结时间过长则出现宏观的。烧结时间过长则出现宏观的相分凝现象，不同部位呈现不同颜色。烧结时的氧分压是很相分凝现象，不同部位呈现不同颜色。烧结时的氧分压是很重要的控制参数，氧分压过低或过高都不利，都会导致四方重要的控制参数，氧分压过低或过高都不利，都会导致四方相出现。烧结时，如果炉中的空气流通性好，不必通氧气；相出现。反之，应在通氧气情况下烧结。降温速度也是重要的控制参数降温速度也是重要的控制参数，