1、考核形式(采用大作业、论文、调研报告、实验报告等)：
主要采用论文形式。
2、考查（内容、目的等）具体要求：
（1）论文题目：中国功能陶瓷的研究及生产现状分析；
（2）论文内容：对中国功能陶瓷的研究现状及生产现状进行调研、分析、总结；（3）论文格式：以综述性论文格式撰写；需有参考文献（20篇以上），并于文中注明参考文献出处；字数5000字以上。
中国功能陶瓷的研究及生产现状分析
摘要：简要评述了陶瓷基板,微波介质陶瓷,铁电压电陶瓷和半导体陶瓷等功能陶瓷的基本原理, 结合近年来我国功能陶瓷的研究情况,从几个方面简述了功能陶瓷领域相关研究的新进展、面临的挑战及发展趋势。
关键词：功能陶瓷; 陶瓷基板; 微波介质陶瓷; 铁电压电陶瓷; 半导体陶瓷
功能陶瓷的发展始于20世纪30年代，经历从电介质陶瓷→压电铁电陶瓷→半导体陶瓷→快离子导体陶瓷→高温超导陶瓷的发展过程，目前已发展成为性能多样、品种繁多、使用广泛、市场占有份额很高的一大类先进陶瓷材料。近十年来，在人类社会对能源、计算机、信息、激光和空间等现代技术的迫切需求的牵引下，随着微电子技术、光电子技术、计算技术等高新技术的发展以及高纯超微粉体、厚膜和薄膜等制备工艺的进一步完善，功能陶瓷在新材料探索、现有材料潜在功能的开发和材料、器件一体化以及应用等方面都取得了突出的进展，成为材料科学和工程中最活跃的研究领域之一，也成为现代微电子技术、光电技术、计算技术、激光技术等许多高技术领域的重要基础材料。
当前功能陶瓷发展的趋势可以归纳为以下几个特点：复合化，多功能化，低维化，智能化和设计、材料、工艺一体化。单一材料的特性和功能往往难以满足新技术对材料综合性能的要求，材料复合化技术可以通过加和效应与耦合乘积效应开发出原材料并不存在的新的功能效应，或获得远高于单一材料的综合功能效应。最近提出的梯度功能材料也可看作一类特殊的复合材料。功能性与结构性结合的材料，或者具有多种良好功能性的材料，为提高
产品的性能和可靠性，促使产品向薄、轻、小发展提供了基础。当材料的特征尺寸小到纳米级，由于量子效应和表面效应十分显著，可能产生独特的电、磁、光、热等物理和化学特性，功能陶瓷进入纳米技术领域是研究的热点之一，如铁电薄膜和超细粉体的制备等。智能材料是功能陶瓷发展的更高阶段，它是人类社会的需求和现代科学技术发展的必然结果[1]。
一研究现状和发展趋势
1陶瓷基板
随着电子元器件功率密度的日益增大，陶瓷基板的应用越来越广泛。目前普遍使用的陶瓷基板材料主要有Al2O3、BeO、Si3N4、莫来石、AlN以及玻璃陶瓷。其中Al2O3和AlN陶瓷因无毒、原料来源广泛，介电常数小，机械性能好，同时制备工艺性好，既可以用流延成形又可以常压烧结，所以是两种使用占比最高的电子封装导热基板。但是若将Al2O3和AlN陶瓷材料应用于电子封装领域，首先要解决其和金属的敷接问题。近几年这方面的研究工作也很活跃，目前常见的金属敷接方法主要有：Al2O3、AlN陶瓷和钨、铜、钛和铝等金属的结合[2]。在与不同金属结合的方法过程中都有不可避免的缺点，如Al2O3、AlN陶瓷和金属钨的结合共烧温度很高达1900℃，工艺条件要求苛刻，而且形成的是厚膜电路，无法应用在电力电子技术领域。它和金属铝的结合相对容易，但是铝的化学性质十分活泼，非常容易与空气中的氧发生化学反应而在其表面上形成一层化学性质稳定、结构致密的氧化膜，这层氧化膜的厚度通常在几十纳米左右。该氧化膜的存在严重阻碍了铝和陶瓷的接合，使得其接合强度低而且牢固性差，所以在使Al2O3、AlN陶瓷敷铝方法中，必须去除熔化的铝液表面那层致密的氧化膜，铝液才能够湿润Al2O3、AlN陶瓷基板，从而与Al2O3、AlN陶瓷基板牢固地粘结在一起。Al2O3、AlN陶瓷和金属铜在敷接过程中，由于Cu与Al2O3、AlN陶瓷的浸润性差异，所以通常需要采取不同的工艺进行敷接，才能将Cu箔与Al2O3、AlN陶瓷紧密结合。由于Cu与
AlN的浸润性较差，首先要将AlN陶瓷氧化，使其表面形成一层薄薄的Al2O3陶瓷，然后利用直接敷铜技术将Cu箔和Al2O3陶瓷在1060℃通过共晶反应生成CuAlO2、Cu(AlO2)2等共晶过渡层化合物，从而实现Al2O3、AlN和金属Cu箔的有效结合[3-4]。
随着航空、航天及其他智能功率系统对大功率耗散要求的提高，近年来迅速崛起的AlN已成为高温大功率射频封装应用的一种重要的新型无毒封装材料。因AlN陶瓷具有极好的高温稳定性，很好的导热性能以及与Si、SiC和GaAs等半导体材料相匹配的热膨胀系数，受到世界各国的青睐，其研究与开发已经取得令人瞩目的进展[6]。虽然早在1862年AlN粉末便由Geuther合成制得，但由于它固有的难于烧结的缺点，在随后的几十年中，有关AlN的研究并不多，直至20世纪50年代，AlN陶瓷才被第一次制得，但当时强度很低，限制了其工业应用。随着粉末冶金技术的发展及人们对AlN研究的深入，至20世纪70年代，致密的氮化铝陶瓷得以制备，引起了国内外研究者的广泛兴趣。尤其是近些年来，随着微电子技术的迅速发展，电子器件日趋多功能、小型化、高集成度，大功率的电子器件工作时产生大量热量，需要采用具有高热导率的基片将热量带走。AlN 具有优良的综合性能，是新一代基片的理想材料，在电子工业中的应用前景十分广阔，其优良的高温耐蚀性、高温稳定性、较高的强度和硬度，使其在高温结构材料方面的应用也很有潜力。日本和欧洲等发达国家都相继投入大量的人力、物力、财力，开展对AlN基板材料的研究与开发，并取得显著成果。我国也对AlN基板材料进行了初步研究，但由于起步较晚，与国外相比还有很大差距[5]。
2微波介质陶瓷
微波介质陶瓷是现代通信中广泛使用的谐振器、滤波器、介质基片、介质天线、介质导波回路等微波元器件的关键材料。目前微波介质陶瓷的研究十分活跃，发展迅速，其推动力主要来自于商用无线通信高速发展的需求，如蜂窝式移动通信系统、电视接受系统、直接广播系统和卫星通信系统等。对微波介质陶瓷的基本要求是：在所使用的微波波段内，介电常数ε要大，以便于微波介质元器件小型化；品质因数Q值要高或介电损耗要小，以保证获得良好的滤波特性和通讯质量；谐振频率的温度系数，尽可能小或可调节，保证器件的热稳定性。此外也要考虑材料的传热系数，绝缘电阻，体积密度和可加工性等因素[6-7]。
材料的微波介电性能与组织结构密切相关，可以通过调节粉末配方和工艺条件来改变材料的显微组织，并以此调节其介电性能：当材料成分、相组成一定的情况下，减少孔隙度，晶粒生长充分，可提高材料的介电常数ε；品质因数Q×f值与杂质的含量及
分布、致密程度、晶界、离子排列的有序化程度、内应力等有关。材料的谐振频率温度
有关，但是影响的机制比较复杂，通常系数τf与介电常数温度系数τe和线膨胀系数α
L
谐振频率温度系数的调节遵从李赫德涅凯对数混合定则。
在微波介质陶瓷的制备过程中，烧结工艺非常关键，并且初始粉末的状态和烧结助剂对材料的烧结特性和最终微波介电性能都有显著的影响。通常，微波介质陶瓷粉末采用固相反应法合成。该方法是将多种氧化物粉料混合、煅烧，经机械研磨而获得粉体，具有设备、工艺简单，易于工业化生产等优点。但是通过这种方法难以获得高纯度的物相，同时不能确保粉体成分分布的均匀性。此外，制备的粉体粒径较大，反应活性较差导致陶瓷的烧结温度较高。为克服传统固相反应法的不足，出现了溶胶－凝胶法、熔盐法、水热法、共沉淀法、微乳液法等方法[8]。
3铁电压电陶瓷
压电效应作为一种物理现象是1880年由法国J.Curie和P.Xurie发现的,然而在早期主要是用材料的压电效应来研究晶体的物理现象,在应用上没有受到重视。近几十年来,随着生产的发展,压电材料及其相关器件的研究和生产也迅速的发展起来,已广泛应用于电子技术、激光技术、红外探测技术、超声(和微波声学)技术、固态记忆和显示技术以及其他工程技术等领域。压电陶瓷作为压电材料的一个分支,是一类极为重要的高技术功能陶瓷材料,国际竞争极为激烈,并有着很大的市场前景。据估计,1994年美国压电陶瓷元件市场为1.28亿美元,并以每年10%的速度递增;日本市场远大于5亿美元。2000年,国内压电陶瓷的专业生产单位超过150个,全国压电陶瓷的年产量超过300吨,各类元器件的总量达5亿件[9-11]。然而目前所使用的压电陶瓷材料主要是含有铅的铅基压电陶瓷,而这类陶瓷的配方中主要原料Pb2O3极易挥发,这样会使制备工艺不稳定,而且在使用和废弃后都会给人类及生态环境带来严重的危害。在欧洲,已经发布了有关废弃电子设备(WEEE)的指示,指出到2006年禁止使用含铅的电子元器件。因此研究和开发无铅高性能的环境协调性压电陶瓷是一项意义十分重大的课题。1961年Smolenskii等人首先报道了钛酸铋钠BNT陶瓷是一种复合型钙钛矿铁电体,因其具有较强的剩余极化强度(Pr=38μC/cm2)、较大的机电耦合系数,现已被公认为是一种最有可能取代目前所使用的铅基压电陶瓷的无铅压电陶瓷。因此现阶段国内外有关BNT及BNT基压电陶瓷的研究报道比较多。但是由于BNT陶瓷有很大的矫顽场(E C=73kV/cm)和较小的压电常数(d33≈102pC/N)[5],同时纯的BNT陶瓷难以烧成致密的样品,因此目前还没有实用化[12]。
侯育冬等[13]利用分子轨道理论将BNT与PbTiO进行对比说明BNT强铁电性的成
因。我们知道压电材料具有压电效应主要是产生自发极化,因此用离子位移极化理论从钙钛矿型化合物的结构上也可以说明BNT陶瓷的压电机理。对于具有压电性能的材料来说,随着温度的变化,晶胞结构容易变化,在高温时其结构具有高度的对称性,随着温度的降低,它的结构对称性亦降低。晶体结构转变所对应的温度就称为居里温度。同样对于具有钙钛矿型结构的BNT陶瓷也是如此。根据“离子位移极化理论”,可认为自发极化主要是由于晶胞中钛离子的位移所形成的。晶格中的氧八面体空隙比Ti4+体积大,这就允许Ti4+向周围六个氧离子的任何一个位移。当温度在Tc以上,离子的热运动能量比较大,足以克服Ti4+位移后所形成的内电场对离子的定向作用。因此Ti4+向周围六个O2-靠近的几率是相等的,即平均来说Ti4+仍位于氧八面体体心,不会稳定地偏向某一个O2-,所以不呈现自发极化。而随着温度的降低,当低于Tc时,Ti4+热运动能量也随着减小。就不足以克服Ti4+位移后的钛、氧相互作用所形成的内电场。因此,就向着某一个O2-靠近。从而沿着极轴方向产生了离子位移极化,即产生离子自发极化。当然自发极化的产生也不完全是Ti4+的位移产生的,其它的离子对自发极化同样也有一定的贡献。
4 半导体陶瓷
半导体陶瓷是敏感元器件及传感器技术的关键材料，是当今世界迅速发展的一项高新技术领域，它与现代信息技术通讯技术计算机技术密切相关，它的研究开发乃至生产，涉及到物理、化学、材料科学与工程等多种学科，因此，半导体陶瓷属技术密集和知识密集型产业日本产品在世界市场上占绝对优势地位美国，欧洲也占有相当数量相比之下我国半导体陶瓷起步较晚，产品性能、生产水平和国际先进水平相比还有明显差距改革开放以来，随着电子工业的高速发展，对半导体陶瓷的要求愈来愈高，发展半导体陶瓷正面临着许多急待解决的重要问题，本文就半导体陶瓷国内外现状及发展趋势进行探讨，提出一些粗浅的看法进行商榷，以期推动我国半导体陶瓷产业进一步发展[[14-16]。正温度系数热敏陶瓷（PTC）和负温度系数热敏陶瓷（NTC）是目前应用最为广泛的两类热敏电阻。
PTC热敏电阻器以BaTiO
或固溶体为主晶相的半导体陶瓷元件在一定的温度范
3
围内，其阻值随温度的增加而增加，表现出所谓的PTC效应按材料居里点T可分为低温、高温，按阻值可分为低阻、高阻，按使用电压可分为低压、常压和高压，按曲线陡度可分为缓变型和开关型PTC热敏电阻器的实用化基本上是从20世纪60年代开始的，到70年代中期得到了很大的发展，各种不同用途的PTC热敏电阻元件相继出现到目前为止，无论是工业电子设备，还是家用电器产品，几乎到处都可以看到PTC热敏电阻元件据世
界上最大的电子陶瓷生产公司之一的日本村田制作所报导，PTC产品的品种规格已达169不屯近年来，随着通信技术的迅猛发展，对于程控电话交换机用PTC过电流保护元件移动电话石英晶体振荡器用PTC'恒温器等需求剧增。为了降低汽车尾气排放和提高冷启动速度，需要大量汽车冷启动用PTC加热儿另外，PTC热敏陶瓷在彩电消瓷器，空调器，暖风机，节能灯软启动等家用电器方面得到了普遍应用。值得注意的是，PTC在航空航无雷达电子通信、仪器仪表等领域占有非常重要的地位PTC的表面贴装元件已在逐步开发和生产[17-18]。
NTC热敏电阻有三种不同类型的阻温特性，一种是缓变型的热敏电阻，另一种是负温度突变型，又称临界温度系数热敏电阻(CTR)，在特定温度内，其阻值急剧下降再一种是阻温特性为直线的陶瓷热敏元件常温(300℃)NTC热敏陶瓷材料，大多数是尖晶石型氧化物半导体陶瓷，其中包括二元系材料及多元系材料二元系陶瓷材料主要有
Mn0-Cu0-O
2系、Mn0-CuO-O
2
系、Mn0-Ni0-O
2
系等金属氧化物陶瓷三元系热敏陶瓷材料主
要有Mn-Co-Ni系、Mn-Cu-Ni系、Mn-Cu-Co系等含Mn的金属氧化椒也有不含Mn的NTC 热敏陶瓷材料，如Cu-Ni系、Cu-Co-Ni系等这些氧化物按一定配比混合，经烧结后，性能稳定，可在空气中直接使用，现在各国生产的负温度系数热敏电阻器，绝大部分是用这类陶瓷制成的。它们的电阻温度系数约为(-1%- -6%)/℃，工作温度-60 - 300℃之间，广泛用于测温、控温、补偿、稳压、遥控、流量流速测量及时间延迟等技术领域目前，源于多层陶瓷电容器(MLCC)的独石型结构和工艺在敏感元件领域的移植是一个重要发展趋势，NTC已实现0603、0805、12O6等标准尺寸规格，以适应电子产品普遍采用的表面贴装技术(SMT)[19-20]。
临界温度系数热敏电阻(CRT)是一种具有开关特性的负温度系数热敏电阻，由于某些材料的转变温度较低，因此必须在低温情况下使用。如果需要转变温度较高一些的CTR
热敏电阻，就必须搀杂一些氧化物(如Ca0 Sr0 Bad SO
2 TiO
2
等)。利用这种热敏电阻可
以制成固态无触点开关，具有广泛的应用前景。VO
2
系临界温度热敏陶瓷已应用于恒温箱温度控制、火灾报警和电路的过热保护等[21-22]。
二总结
我国在高性能功能陶瓷材料的研究方面已经取得了一些成果，与国际先进水平的差距正在缩小，一大批引进产品已逐步被国产化，许多产品已受到国际上的重视，某些产品已经出口。当前我们正处在科学兴国，以技术一一经济为核心的重要发展时期，新材
料已列为优先发展的重要领域之一，信息通讯事业已引起高度重视毫无疑问，功能陶瓷有着美好的发展前景。
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功能陶瓷材料总复习
功能陶瓷材料总复习 绪论 什么是功能陶瓷？常见的功能陶瓷的分类、特性与用途。 1、定义：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。 2、分类：电容器陶瓷、压电、铁电陶瓷、敏感陶瓷、磁性陶瓷、导电、超导陶瓷、生物与抗菌陶瓷、发光与红外辐射陶瓷、多孔陶瓷。 3、特性：性能稳定性高、可靠性好、资源丰富、成本低、易于多功能转化和集成化等 4用途：在自动控制、仪器仪表、电子、通讯、能源、交通、冶金、化工、精密机械、航空航天、国防等部门均发挥着重要作用。举例：电容器陶瓷、谐振器元器件基材料、压电式动态力传感器、压电式振动加速度传感器。 介电陶瓷 以感应的方式对外电场作出响应，即沿着电场方向产生电偶极矩或电偶极矩的改变，这类材料称为电介质 各种极化机制以及频率范围。 极化机制：电子极化、离子极化、偶极子极化、空间电荷极化 松弛极化 频率范围：
铁电体， 晶体在某温度范围内具有自发极化Ps,且自发极化Ps的方向能随外电场而取向，称为铁电体。材料的这种性质称为铁电性。 电畴:铁电体中自发极化方向一致的微小区域 铁电体的特性:铁电体特性包括电滞回线Hysteresis loop、电畴Domains、居里点Tc及居里点附近的临界特性。 电滞回线: 铁电体的P 滞后于外电场E而变化的轨迹（如图
居里点Tc:顺电相→铁电相的转变温度 T>Tc 顺电相 T
陶瓷材料力学性能的检测方法 为了有效而合理的利用材料，必须对材料的性能充分的了解。材料的性能包括物理性能、化学性能、机械性能和工艺性能等方面。物理性能包括密度、熔点、导热性、导电性、光学性能、磁性等。化学性能包括耐氧化性、耐磨蚀性、化学稳定性等。工艺性能指材料的加工性能，如成型性能、烧结性能、焊接性能、切削性能等。机械性能亦称为力学性能，主要包括强度、弹性模量、塑性、韧性和硬度等。而陶瓷材料通常来说在弹性变形后立即发生脆性断裂，不出现塑性变形或很难发生塑性变形，因此对陶瓷材料而言，人们对其力学性能的分析主要集中在弯曲强度、断裂韧性和硬度上，本文在此基础上对其力学性能检测方法做了简单介绍。 1.弯曲强度 弯曲实验一般分三点弯曲和四点弯曲两种，如图1-1所示。四点弯曲的试样中部受到的是纯弯曲，弯曲应力计算公式就是在这种条件下建立起来的，因此四点弯曲得到的结果比较精确。而三点弯曲时梁各个部位受到的横力弯曲，所以计算的结果是近似的。但是这种近似满足大多数工程要求，并且三点弯曲的夹具简单，测试方便，因而也得到广泛应用。 图1-1 三点弯曲和四点弯曲示意图 由材料力学得到，在纯弯曲且弹性变形范围内，如果指定截面的弯矩为M ，该截面对中性轴的惯性矩为I z ，那么距中性轴距离为y 点的应力大小为： z I My = σ 在图1-1的四点弯曲中，最大应力出现在两加载点之间的截面上离中性轴最远的点，其大小为： =??? ? ???= z I y a P max max 21σ???? ?圆形截面 16矩形截面 332D Pa bh Pa π
其中P 为载荷的大小，a 为两个加载点中的任何一个距支点的距离，b 和h 分别为矩形截面试样的宽度和高度，而D 为圆形截面试样的直径。因此当材料断裂时所施加载荷所对应的应力就材料的抗弯强度。 而对于三点弯曲，最大应力出现在梁的中间，也就是与加载点重合的截面上离中性轴最远的点，其大小为： =??? ? ???= z I y a P l max max 4σ???? ?圆形截面 8矩形截面 2332D Pl bh Pl π 式中l 为两个支点之间的距离（也称为试样的跨度）。 上述的应力计算公式仅适用于线弹性变形阶段。脆性材料一般塑性变形非常小，同弹性变形比较可以忽略不计，因此在断裂前都遵循上述公式。断裂载荷所对应的应力即为试样的弯曲强度。 需要注意的是，一般我们要求试样的长度和直径比约为10，并且在支点的外伸部分留足够的长度，否则可能影响测试精度。另外，弯曲试样下表面的光洁度对结果可能也会产生显著的影响。粗糙表面可能成为应力集中源而产生早期断裂。所以一般要求表面要进行磨抛处理。当采用矩形试样时，也必须注意试样的放置方向，避免使计算中b 、h 换位得到错误的结果。 2.断裂韧性 应力集中是导致材料脆性断裂的主要原因之一，而反映材料抵抗应力集中而发生断裂的指标是断裂韧性，用应力强度因子（K ）表示。尖端呈张开型（I 型）的裂纹最危险，其应力强度因子用K I 表示，恰好使材料产生脆性断裂的K I 称为临界应力强度因子，用K IC 表示。金属材料的K IC 一般用带边裂纹的三点弯曲实验测定，但在陶瓷材料中由于试样中预制裂纹比较困难，因此人们通常用维氏硬度法来测量陶瓷材料的断裂韧性。 陶瓷等脆性材料在断裂前几乎不产生塑性变形，因此当外界的压力达到断裂应力时，就会产生裂纹。以维氏硬度压头压入这些材料时，在足够大的外力下，压痕的对角线的方向上就会产生裂纹，如图2-1所示。裂纹的扩展长度与材料的断裂韧性K IC 存在一定的关系，因此可以通过测量裂纹的长度来测定K IC 。其突出的优点在于快速、简单、可使用非常小的试样。如果以P C 作为可使压痕产生雷文的临界负荷，那么图中显示了不同负荷下的裂纹情况。 由于硬度法突出的优点，人们对它进行了大量的理论和实验研究。推导出了各种半经
新型陶瓷材料的应用与 发展 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
新型陶瓷材料的应用与发展摘要：本文首先简单介绍了传统陶瓷材料向现代新型陶瓷材料转变的过程，新型陶瓷材料克服了传统陶瓷本身内部的缺陷，故使其性能大大提高，扩大了应用领域。然后论述了新型陶瓷材料分为结构陶瓷和功能陶瓷，以及它们耐高温、生物相容性能、电磁性、质量轻等特性及各自的应用领域，重点讨论了新型陶瓷材料在航空航天、军事、生物工程、电子工业等的应用，最后简单说明了新型陶瓷材料的近况和发展趋势。 关键字：新型陶瓷材料应用发展 引言：在当今科技高度发展的工业社会,每一项工业化的成就都与材料科学、材料的制造及实际使用有着密不可分的关联,它使得某些新的科学设想、构思及生产过程得以实现。离开了材料科学与材料工业,世界上的许多科学创造和发明都是难以实现或达到的。陶瓷材料是继金属材料,非金属高分子材料之后人们所关注的无机非金属材料中最重要的一种，因为它同时兼有金属和高分子材料两者的共同优点,此外在不断的改性过程中,已使它的易碎裂的性能有了很大的改善。因此,它的应用领域和各类产品都有一个十分明显的提高。 1.传统陶瓷材料到新型陶瓷材料的演变 陶瓷一词(Ceramics) 来源于古希腊Keramos 一词,意为地球之神。传统的陶瓷材料含意很广泛,它主要指铝、硅的氮化物,碳化物,玻璃及硅酸盐类。虽然传统陶瓷具有一定的耐化学腐蚀特性和较高的电阻率、熔点高,可耐高温,硬度高,耐磨损,化学稳定性高,不腐蚀等优点。但它也存在着塑料变形能力差,易发生脆性破坏和不易加工成型等缺点,这些原因大大地限制了在工业的应用范围，特别是在机械工业上的应用。而在电器上的应用也主要局限在高压电瓷瓶及其绝缘体部件等少数几个方面。 为此人们开展对传统的陶瓷材料进行改性研究和有关材料的人工合成开发,现代合成技术已经能够通过物理蒸发溅射(Vapor processing) 溶液法(Aqueous precipitation) 溶胶—凝胶技术(Solgel-technology) 及其它先进技术改造传统陶瓷或人工合成极少缺陷的陶瓷材料,其中较为重要的有Si3N4 ,A12O3 等。合成的陶瓷材料与传统陶瓷材料相比，它的性能大大提高,与其它材料相比,在同样强度下这些材料具有良好的化学、热、机械及摩擦学(tribology)特性。它质轻,可以耐高温,硬度高,抗压强度有时超过金属及合金,具有较强的抗磨性和化学隋性、电及热的绝缘性都相当好,特别是由于采用纯净材料,消除了缺陷( eliminate-defects) , 它的易脆性( brittleness) 得到了极大的改善,因此其应用,特在现代机械业的应用日益广泛。目前巳有大量的新型陶瓷材料被用于工业高温抗磨器件、机械基础元器件,除此之外,电子及电信行业,生物医疗器件乃至于陶瓷记忆材料,超导陶瓷等应用都与新型陶瓷材料的研制与开发有关。 2.新型陶瓷材料特性与分类 新型陶瓷材料按照人们目前的习惯可分为两大类，即结构陶瓷（Structural ceramics）（或工程陶 瓷）和功能陶瓷（ Functional ceramics），将具有机械功能、热功能和部分化学功能的陶瓷列为结构陶瓷， 而将具有电、光、磁、化学和生物体特性，且具有相互转换功能的陶瓷列为功能陶瓷。随着科学技术的发展， 各种超为基数和符合技术的运用，材料性能和功能相互交叉渗透，确切分类已经逐渐模糊和淡化。根据现代科 学技术发展的需要，通过对材料结构性能的设计，新型陶瓷材料的各种特性得到了充分的体现。 3.新型陶瓷的应用与发展 新型陶瓷是新型无机非金属材料, 也称先进陶瓷、高性能陶瓷、高技术陶瓷、精细陶瓷, 为什么能得到高 速发展, 归纳起来有四方面原因：①具有优良的物理力学性能、高强、高硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、抗热震 而且在热、光、声、电、磁、化学、生物等方面具有卓越的功能, 某些性能远远超过现代优质合金和高分子材料, 因而登上新材料革命的主角地位, 满足现代科学技术和经济建设的需要。②其原料取于矿土或经合成而得, 蕴藏量十分丰富。③产品附加值相当高, 而且未来市场仍将持续扩展。④应用十分广泛, 几乎可以渗透到各 行各业。 应用领域 功能陶瓷主要在绝缘、电磁、介电以经济光学等方面得到广泛应用；结构陶瓷除了耐低膨胀、耐磨、耐腐 蚀外，还有重量轻、高弹性、低膨胀、电绝缘性等特性。因而在很多领域得到应用应该是以陶瓷燃气轮机为代 表的耐高温陶瓷部件陶瓷广泛用于道具及模具等耐磨零件，这方面的应用主要是利用陶瓷的高硬度、低磨耗 性、低摩擦系数等特性。另一方面，陶瓷材料具有其他材料所没有的高刚性、重量轻、耐蚀性等特性，从而被 有效地应用在精密测量仪器和精密机床等上面。另外，因为陶瓷材料具有很好的化学稳定性和耐腐蚀性，在生 物工程以及医疗等方面也得到广泛的应用。下面将分几方面来介绍新型陶瓷材料的应用领域。 1)航空航天材料:陶瓷基复合材料（Ceramic Matrix Composites） 当前耐高温材料已经成为航天先进材料中的由此岸优先发展方向，材料在高温下的应用对航天技术特别 是固体火箭等领域具有极其重要的推动作用。随着航空技术的发展气体涡轮机燃烧室中燃气的温度要求越来越高，并更紧密地依赖于高温材料的研究开发，而先进陶瓷及其陶瓷基复合材料具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀质 量轻等优异性能，是最具有希望代替金属材料用于热端部件的候选材料[4]。为此世界各国开展对陶瓷发动机的 研究工作。美、欧、日等越来越多的人体涡轮机设计者们开始用陶瓷基复合材料来制作旋转件和固定件。当前 对高温结构陶瓷的研究主要集中于Sic、Si3N4、Al2O3和ZrO2等，尤其以Si3N4高温结构陶瓷最引人注目。这类 陶瓷的综合性能较突出，它们有良好的高温强度，已经在航空涡轮发动机等方面得到了应用，非常适用于制作
功能陶瓷材料概述 功能陶瓷由于其在电、磁、声、光、热、力等方面优异的性能，广泛应用于电子电力、汽车、计算机、通讯等领域，在科学技术发展和实际生产生活中发挥着越来越重要的作用。主要阐述了功能陶瓷电学、光学、磁学、声学、力学等基本性质，并介绍了功能陶瓷的种类和应用以及未来发展趋势。 标签： 功能陶瓷；性质;应用 1 前言 功能陶瓷是具有电、磁、声、光、热、力、化学或生物功能等的介质材料。它有别于我们所熟知的日用陶瓷、艺术陶瓷、建筑陶瓷等，而是指在电子、微电子、光电子信息和自动化技术以及能源、环保和生物医学领域中所使用的陶瓷材料。功能陶瓷以其独特的声、光、热、电、磁等物理特性和生物、化学以及适当的力学等特性，在相应的工程和技术中发挥着关键作用，如制造电子线路中电容器用的电介质瓷，制造集成电路基片和管壳用的高频绝缘瓷等。 2 功能陶瓷基本性质 功能陶瓷是利用其对电、光、磁、声、热等物理性质所具有的特殊功能而制造出的陶瓷材料。其电学、光学、磁学、声学、热学、力学等性质是研究和运用的重点。功能陶瓷的这些性质与其组成、结构和工艺等有着密切关系。 功能陶瓷电学性质可以用电导率、介电常数、击穿电场强度和介质损耗来表示，是功能陶瓷材料很重要的基本性质之一。光学性质指其在可见光、红外光、紫外光及各种射线作用时表现出的一些性质。表征磁学性质的参数有磁导率、磁化率、磁化强度、磁感应强度等。材料在外力作用下都会发生相应的形变甚至破坏，有必要研究材料的力学性能，功能陶瓷材料也具有弹性模量、机械强度、断裂韧度等表征力学性能的参数。 3 功能陶瓷种类及其应用 功能陶瓷的发展始于20世纪30年代，经历从电介质陶瓷→压电铁电陶瓷→半导体陶瓷→快离子导体陶瓷→高温超导陶瓷的发展过程，目前已发展成为性能多样、品种繁多、使用广泛、市场占有份额很高的一大类先进陶瓷材料。目前已经研究比较深入并大量使用的功能陶瓷有绝缘陶瓷、介电陶瓷、压电陶瓷、半导体陶瓷、敏感陶瓷、磁性陶瓷、生物陶瓷和结构陶瓷等，下面将介绍几种主要的功能陶瓷及其应用。 3.1 绝缘陶瓷
主要功能陶瓷器件的现状及趋势 MLCC(多层陶瓷电容器)是各种电子、通讯、信息、军事及航天等消费或工业用电子产品的重要组件。MLCC由于其小体积、结构紧凑、可靠性高及适于SMT技术等优点而发展迅速。目前，电容器市场无论从数量上还是市场潜力上来看都以陶瓷电容器份额最大。全球MLCC产量随着IT产业的发展而不断增长，国内产量占全球产量的比例近年来也有较大的增长，我国已经逐渐成为世界MLCC的制造大国。 目前MLCC的国际上的发展趋势是微型化、高比容、低成本、高频化、集成复合化、高可靠性的产品及工艺技术。当前MLCC需求的热点主要集中在手机、P4主板、DVD、数码相机和PS2游戏机等。手机对MLCC的要求特点是：数量大、尺寸小、质量高。在手机应用领域里，日商凭借技术上的绝对优势基本垄断市场。国内企业在手机配套实力明显不足。 片式陶瓷电感器： 多层片式电感类元件包括了一大类具有叠层式介质/线圈结构的新型电子元件，是电感类元件发展的方向，也是三大类无源片式元件中技术含量最高的一大类。目前，这类元件已形成了规模相当大的产业和近百亿美元的国际市场。片式电感器的主要应用领域包括移动通信、计算机、音像产品、家电、办公自动化等。大屏幕彩电等新型家电产品也是片式电感器的重要应用领域。预计在今后若干年中，随着第三代移动通信技术、数字电视、高速计算机、蓝牙产品等新一代数字化电子产品的推出和世界各国EMI控制标准的相继制定，对各种片式电感类元件，特别是抗EMI类片式电感元件的需求将急剧上升。因此从整体上看，片式电感器的市场前景将十分看好。 片式电感器的生产企业主要分布在日本、美国、欧洲、韩国、我国的台湾和珠江三角洲地区。日本是生产片式电感器最早的国家，TDK、村田、Tokin和太阳诱电都是具有大规模生产能力的厂商。其中TDK占全球片式电感市场的32%，村田的市场占有率是18%，太阳诱电为16%。 目前片式电感器元件发展的主要趋势是：抗电磁干扰成为片式电感类材料的主要应用领域；高感量和大功率；高频化；集成化。 片式微波电容器： 陶瓷电容器除在技术上继续向小尺寸、大容量、介质薄层化方向发展外，高频化也是一
功能陶瓷材料的分类及发展前景 功能陶瓷是指在应用时主要利用其非力学性能的材料，这类材料通常具有一种或多种功能。如电、磁、光、热、化学、生物等功能，以及耦合功能，如压电、压磁、热电、电光、声光、磁光等功能。功能陶瓷已在能源开发、空间技术、电子技术、传感技术、激光技术、光电子技术、红外技术、生物技术、环境科学等领域得到广泛应用。 1.电子陶瓷 电子陶瓷包括绝缘陶瓷、介电陶瓷、铁电陶瓷、压电陶瓷、热释电陶瓷、敏感陶瓷、磁性材料及导电、超导陶瓷。根据电容器陶瓷的介电特性将其分为６类：高频温度补偿型介电陶瓷、高频温度稳定型介电陶瓷、低频高介电系数型介电陶瓷、半导体型介电陶瓷、叠层电容器陶瓷、微波介电陶瓷。其中微波介电陶瓷具有高介电常数、低介电损耗、谐振频率系数小等特点，广泛应用于微波通信、移动通信、卫星通信、广播电视、雷达等领域。 2.热、光学功能陶瓷 耐热陶瓷、隔热陶瓷、导热陶瓷是陶瓷在热学方面的主要应用。其中，耐热陶瓷主要有Al2O3、MgO、SiC等，由于它们具有高温稳定性好，可作为耐火材料应用到冶金行业及其他行业。隔热陶瓷具有很好的隔热效果，被广泛应用于各个领域。 陶瓷材料在光学方面包括吸收陶瓷、陶瓷光信号发生器和光导纤维，利用陶瓷光系数特性在生活中随处可见，如涂料、陶瓷釉。核工业中，利用含铅、钡等重离子陶瓷吸收和固定核辐射波在核废料处理方面广泛应用。陶瓷还是固体激光发生器的重要材料，有红宝石激光器和钇榴石激光器。光导纤维是现代通信信号的主要传输媒介，具有信号损耗低、高保真性、容量大等特性优于金属信号运输线。 透明氧化铝陶瓷是光学陶瓷的典型代表，在透明氧化铝的制造过程中，关键是氧化铝的体积扩散为烧结机制的晶粒长大过程，在原料中加入适当的添加剂如氧化镁，可抑制晶粒的长大。其可用作熔制玻璃的坩埚，红外检测窗材料，照明灯具，还可用于制造电子工业中的集成电路基片等。 3.生物、抗菌陶瓷 生物陶瓷材料可分为生物惰性陶瓷和生物活性陶瓷，生物陶瓷除了用于测量、诊断、治疗外，主要是用作生物硬质组织的代用品，可应用于骨科、整形外科、口腔外科、心血管外科、眼科及普通外科等方面。抗菌材料主要应用于家庭用品、家用电器、玩具及其他领域，
陶瓷材料的力学性能 高分子091 项淼学号17 陶瓷材料 陶瓷、金属、高分子材料并列为当代三大固体材料 之间的主要区别在于化学键不同。 金属：金属键 高分子：共价键（主价键）+范德瓦尔键（次价键） 陶瓷：离子键和共价键。 普通陶瓷，天然粘土为原料，混料成形，烧结而成。 工程陶瓷：高纯、超细的人工合成材料，精确控制化学组成。 工程陶瓷的性能： 耐热、耐磨、耐腐蚀、绝缘、抗蠕变性能好。 硬度高，弹性模量高，塑性韧性差，强度可靠性差。 常用的工程陶瓷材料有氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硼等。 一、陶瓷材料的结构和显微组织 1、结构特点 陶瓷材料通常是金属与非金属元素组成的化合物；以离子键和共价键为主要结合键。 可以通过改变晶体结构的晶型变化改变其性能。 如“六方氮化硼为松散的绝缘材料；立方结构是超硬材料” 2、显微组织 晶体相，玻璃相，气相 晶界、夹杂 （种类、数量、尺寸、形态、分布、影响材料的力学性能。 （可通过热处理改善材料的力学性能） 陶瓷的分类 ※玻璃—工业玻璃(光学，电工，仪表，实验室用)；建筑玻璃；日用玻璃 ※陶瓷—普通陶瓷--日用，建筑卫生，电器（绝缘），化工，多孔…… 特种陶瓷--电容器，压电，磁性，电光，高温…… 金属陶瓷--结构陶瓷，工具（硬质合金），耐热，电工…… ※玻璃陶瓷—耐热耐蚀微晶玻璃，光子玻璃陶瓷，无线电透明微晶玻璃，熔渣玻璃陶瓷… 2. 陶瓷的生产 (1)原料制备（拣选，破碎，磨细，混合） 普通陶瓷（粘土，石英，长石等天然材料） 特种陶瓷（人工的化学或化工原料--- 各种化合物如氧、碳、氮、硼化合物） (2)坯料的成形（可塑成形，注浆成形，压制成形） (3)烧成或烧结 3. 陶瓷的性能 (1)硬度是各类材料中最高的。 （高聚物<20HV，淬火钢500-800HV，陶瓷1000-5000HV） (2)刚度是各类材料中最高的（塑料1380MN/m2，钢207000MN/m2) (3)强度理论强度很高（E/10--E/5）；由于晶界的存在，实际强度比理论值低的多。
功能陶瓷材料总复习 绪论 什么是功能陶瓷？常见的功能陶瓷的分类、特性与用途。 1定义：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。 2、分类：电容器陶瓷、压电、铁电陶瓷、敏感陶瓷、磁性陶瓷、导电、超导陶瓷、生物与抗菌陶瓷、发光与红外辐射陶瓷、多孔陶瓷。 3、特性：性能稳定性高、可靠性好、资源丰富、成本低、易于多功能转化和集成化等 4用途：在自动控制、仪器仪表、电子、通讯、能源、交通、冶金、化工、精密机械、航空航天、国防等部门均发挥着重要作用。举例：电容器陶瓷、谐振器元器件基材料、压电式动态力传感器、压电式振动加速度传感器。 介电陶瓷 以感应的方式对外电场作出响应，即沿着电场方向产生电偶极矩或电偶极矩的改变，这类材料称为电介质 各种极化机制以及频率围。 极化机制：电子极化、离子极化、偶极子极化、空间电荷极化 频率围： 铁电体， 晶体在某温度围具有自发极化Ps,且自发极化Ps的方向能随外电场而取向，称为铁电体。 材料的这种性质称为铁电性。 电畴：铁电体中自发极化方向一致的微小区域 铁电体的特性:铁电体特性包括电滞回线Hysteresis loop、电畴Domains、居里点Tc及居 里点附近的临界特性。 电滞回线：铁电体的P滞后于外电场E而变化的轨迹（如图
居里点Tc:顺电相T铁电相的转变温度 T>Tc 顺电相T
功能陶瓷的简单介绍 功能陶瓷是具有电、磁、声、光、热、化学及生物体特性，具有相互转化功能的陶瓷。它主要是利用纳米技术使陶瓷的性能发生改变的。 热学功能陶瓷、生物功能陶瓷、化学功能陶瓷、电磁功能陶瓷、光学功能陶瓷，还是在涂层/薄膜和复合材料死当今比较主要的几种功能陶瓷。 生物功能陶瓷 在生物功能陶瓷方面: 利用纳米技术生产的纳米抗菌材料有三类:一类Ag+系抗菌材料（当高价银离子与细菌接触时使细菌体内的蛋白质变性。）;第二类是是ZnO,Tio2:等光触媒型纳米抗菌材料（通过催化反应，将细菌的尸体分解得一干二净，一般还有除臭，自洁，防霉，防锈，高效防老化，全能净化空气，自造“负离子雨林”气候等功能）;第三类是C-18A纳米蒙脱土等无机材料。将前两类加人陶瓷中可制成对病菌、细菌有强的杀菌和抑菌作用的陶瓷产品。北京陶瓷厂和日本东陶机器株式会社合资生产的高档卫生洁具“TOTO”产品，即是应用这一技术生产的具有抗菌性能的卫生洁具。生物陶瓷材料亦可作为作为无机生物医学材料，且没有毒副作用，与生物组织有良好的生物相容性、耐腐蚀性等优点，已越来越爱人们的重视。 主要有以下几种活性材料； （1）羟基磷灰石生物活性材料。人工听小骨羟基磷灰石听小骨临床应用效果优于其它各种听小，具有优良的声学性质，平均提高病人的听力20-30db。在特定语言频率范围提高45-60db。微晶与人体及生物关系密切，在生物和医学中已有成功应用，利用ha 微晶能使细胞内部结构发生变化，抑制癌细胞生长和增殖，可望成为治疗癌症的“新药”。（2）磷酸钙生物活性材料。磷酸钙又称生物无机骨水泥，是一种广泛用于骨修补和固定关节的新型材料。有望部分取代传统的pm-ma有机骨水泥。国内研究抗压强度已达到60mpa以上；磷酸钙陶瓷纤维：磷酸钙陶瓷纤维具有一定机械强度和生物活性，可用于无机骨水泥的补强及制务有机与无机复合型植入材料。 （3）磁性材料。生物磁性陶瓷材料主要为治疗癌症用磁性材料，植入肿瘤灶内，在外部交变磁场的作用下，产生磁滞热效应，导致磁性材料区域内局部温度升高，借以杀死肿瘤细胞，抑制肿瘤的发展。
生活中的陶瓷材料及其应用 【摘要】陶瓷材料在我们的生活中早已应用到了各个方面，比如塑料、木材、水泥三大传统基本材料，陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。可用作结构材料、刀具材料，由于陶瓷还具有某些特殊的性能，又可作为功能材料。随着社会的进步，人们对材料的要求也越来越高，这种表现不仅表现在对科学研究领域，也表现在人们的日常生活当中。材料的进步很大程度上推动了社会的进步，而社会的需求反过来也有力的推进了材料科学的发展。拿陶瓷材料来说，陶瓷材料已经贯穿了人类的历史，并且随着历史不停的发展，在材料科学领域崭露头角。 【关键字】陶瓷材料应用发展 陶瓷材料分为普通陶瓷材料和特种陶瓷材料，普通陶瓷材料采用天然原料如长石、粘土和石英等烧结而成，是典型的硅酸盐材料，主要组成元素是硅、铝、氧，这三种元素占地壳元素总量的90%，普通陶瓷来源丰富、成本低、工艺成熟。这类陶瓷按性能特征和用途又可分为日用陶瓷、建筑陶瓷、电绝缘陶瓷、化工陶瓷等。特种陶瓷材料采用高纯度人工合成的原料，利用精密控制工艺成形烧结制成，一般具有某些特殊性能，以适应各种需要。根据其主要成分，有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金属陶瓷等；特种陶瓷具有特殊的力学、光、声、电、磁、热等性能。其特点有力学性能、热性能、电性能、化学性能、光学性能，根据用途不同，特种陶瓷材料可分为结构陶瓷、工具陶瓷、功能陶瓷。 而我们专业是地理信息系统与其陶瓷材料的联系真的不多，所以在这里就不详细的指出了。陶瓷材料在工程上的应用要数工程塑料了目前，主要的工程塑料制品已有10多种，其中聚酸胺、聚甲醛、聚磷酸酯、改性聚苯酸和热塑性聚酯被称为五大工程塑料．它们的产量较大．价格一般为传统通用塑料的2—6倍．而聚摧硫酸等特种工程塑料的价格为通用塑料的5一10倍。以塑料代替钢铁、木材、水泥三大传统基本材料，可以节省大量能源、人力和物力。陶瓷材料也可合成橡胶的开发利用，由于生产合成橡胶的原料丰富，其良好的性能又可以满足当代科技发展对材料提出的某些特殊要求，所以合成橡胶出现几十年来，品种已很丰富，一般可将其分为通用合成橡胶和特种合成橡胶两类。通用合成橡胶性能与天然橡胶相似，用于制造一般的橡胶制品，如各种轮胎、传动带、胶管等工业用品和雨衣、胶鞋等生活用品。特种合成橡胶具有耐高温、耐低温耐酸碱等优点，多用于特殊环境和高科技领域，如航空、航天、军事等方面。陶瓷材料在合成纤维的开发利用方面合成纤维的品种有几十种，但最常见的是六大种：聚酸胺纤维、涤纶、腈纶、丙纶、维纶、氨纶。高分子合成材料具有质量小、绝缘性能好等特点，所以发展很快，但又都有先天不足，即它们都在不同程度上对氧、热和光有敏感性。但是，随着高技术的迅速发展，高分子合成材料的大军必将在经济生活中扮演举足轻重的角色。陶瓷材料中已崛
MLCC：积层陶瓷晶片电容（Multiplayer Ceramic Chip Capacitors） 称雄电容器市场 MLCC(多层陶瓷电容器)是各种电子、通讯、信息、军事及航天等消费或工业用电子产品的重要组件。MLCC由于其小体积、结构紧凑、可靠性高及适于SMT技术等优点而迅猛发展。目前，电容器市场无论从数量上还是市场潜力上来看都以陶瓷电容器份额最大。 全球MLCC产量随着IT产业的发展而不断增长，国内产量占全球产量的比例近年来也有较大的增长，我国已经逐渐成为世界MLCC的制造大国。 目前MLCC的国际上的发展趋势是微型化、高比容、低成本、高频化、集成复合化、高可靠性的产品及工艺技术。 当前MLCC需求的热点主要集中在手机、P4主板、DVD、数码相机和PS2游戏机等。手机对MLCC的要求特点是：数量大、尺寸小、质量高。在手机应用领域里，日商凭借技术上的绝对优势基本垄断市场。国内企业在手机配套实力明显不足。 片式陶瓷电感器： 电感元件发展方向 多层片式电感类元件包括了一大类具有叠层式介质/线圈结构的新型电子元件，是电感类元件发展的方向，也是三大类无源片式元件中技术含量最高的一大类。目前，这类元件已形成了规模相当大的产业和近百亿美元的国际市场。片式电感器的主要应用领域包括移动通信、计算机、音像产品、家电、办公自动化等。大屏幕彩电等新型家电产品也是片式电感器的重要应用领域。预计在今后若干年中，随着第三代移动通信技术、数字电视、高速计算机、蓝牙产品等新一代数字化电子产品的推出和世界各国EMI控制标准的相继制定，对各种片式电感类元件，特别是抗EMI类片式电感元件的需求将急剧上升。因此从整体上看，片式电感器的市场前景将十分看好。 片式电感器的生产企业主要分布在日本、美国、欧洲、韩国、我国的台湾和珠江三角洲地区。日本是生产片式电感器最早的国家，TDK、村田、Tokin和太阳诱电都是具有大规模生产能力的厂商。其中TDK占全球片式电感市场的32%，村田的市场占有率是18%，太阳诱电为16%。 目前片式电感器元件发展的主要趋势是：抗电磁干扰成为片式电感类材料的主要应用领域； 高感量和大功率；高频化；集成化。 片式微波电容器： 快速渗透通信领域 陶瓷电容器除在技术上继续向小尺寸、大容量、介质薄层化方向发展外，高频化也是一个重要的发展方向。为了满足通信设备的高频化对电子元器件的强劲需求，高电流承载能力的
新型功能材料简介 1.超导体的概念:超导材料是一种没有电阻的材料，既能节约能量，减少电能因电阻而消耗的能量，还能把电流储存起来，供急需时使用。 2.三个临界条件 :临界温度（Tc ）、临界电流（Ic ）和临界磁场（Hc ）是“约束”超导现象的三大临界条件,三者具有明显的相关性，只有当超导体同时处于三个临界条件以内，才具有超导电性。 临界温度是在外部磁场、电流、应力和辐射等条件维持足够低时，电阻突然变为零时的温度;超导电性可以被外加磁场所破坏，对于温度为T(T ＜Tc)的超导体，当外磁场超过某一数值Hc(T)的时候，超导电性就被破坏了，使它由超导态转变为常导态, 电阻重新恢复。在不加磁场的情况下，超导体中通过足够强的电流也会破坏超导电性，导致破坏超导电性所需要的最小极限电流，也就是超导态允许流动的最大电流，称作临界电流Ic(T)。 迈斯纳效应(指超导体处于外界磁场中，磁力线无法穿透，超导体内的磁通量为零)和零电阻性质是超导态的两个独立的基本属性，衡量一种材料是否具有超导电性必须看是否同时具有零电阻和迈斯纳效应。 3.伦敦第一方程: 式中，m 是电子质量，Js 为超流电流密度，n s 是超导电子密度 由上式可见：在稳态下，超导体中的电流为常值时， ，则E ＝0。 即，在稳态下，超导体内的电场强度等于零，因此，它说明了超导体的零电阻性质。 4.功能玻璃:功能玻璃是指与传统玻璃结构不同的、有某一方面独特性能的、有专门用途的、或者制造工艺有明显差别的一些新品种“玻璃”。生物玻璃是指能够满足或达到特定生物、生理功能的特种玻璃,主要是由Si 、Na 、Ca 以及P 的氧化物组成。 5.微晶玻璃是指通过玻璃热处理来控制晶体的生长发育而获得的一种多晶材料。它既有玻璃的基本性能，也有陶瓷多晶体的特征。微晶玻璃的微晶化包括以下几个过程：(1)玻璃结构发生微调；(2)晶核的形成；(3)基本晶相的形成及生长； (4)介稳相转变为稳定晶相及残余玻璃。 微晶玻璃结晶过程中的核化与晶化多数属于非均相核化的类型。其基本原理是：加入玻璃配合料中的成核剂，在熔制过程中，均匀地溶解于玻璃熔融体中。当玻璃处在析晶温度区时，成核剂能降低晶核生成所需要克服的势垒，从而核化可以在较低的温度下进行. 6. 光色玻璃:我们把出现可逆的或不可逆的显色、消色现象的物质称为光致变色材料。光色玻璃就是其中的一类光致变色材料。当受紫外线或日光照射时，由于玻璃在可见光区产生光吸收而自动变色；当光照停止时，玻璃能可逆地自动恢复到初始的透明状态。具有这种性质的玻璃称为光致变色玻璃(也称光色玻璃)。 7.陶瓷在人类生活和社会建设中是不可缺少的材料，它和金属材料、高分子材料并列为当代三大固体材料。结构陶瓷是指具有力学和机械性能及部分热学和化学功能的先进陶瓷(现代陶瓷)，功能陶瓷是指那些利用电、磁、声、光、热、力等直接效应及其耦合效应所提供的一种或多种性质来实现某种使用功能的先进陶瓷(现代陶瓷)。根据功能陶瓷对外场条件的敏感效应，则可制备热敏、气敏、湿敏、压敏、磁敏和光敏等敏感陶瓷。 8.陶瓷三大原料:长石,黏土,石英. E m e n J t s s 2=??0=??s J t
生物功能陶瓷简介 摘要：材料是社会技术进步的物质基础与先导，现代高技术的发展，更是紧密依赖与材料的发展。生物陶瓷不仅具有不锈钢塑料所具有的特性，而且具有亲水性、能与细胞等生物组织表现出良好的亲和性。生物陶瓷除用于测量、诊断治疗等外，主要是用作生物硬组织的代用材料，可用于骨科、整形外科、牙科、口腔外科、心血管外科、眼外科、耳鼻喉科及普通外科等方面。 关键词：生物功能陶瓷介绍生物陶瓷性能口腔陶瓷应用展望 引言：生物功能陶瓷以医疗为目的，具备完成某种生物功能时应该具有的一系列性能，如：承受或传递负载功能、控制血液或体液流动功能、电、光、声传导功能、填充功能。近年来器官移植取得巨大进展，但有难题：排异、器官来源、法律、伦理等。因此医学界对生物医学材料和人工器官的要求日益增加。生物陶瓷应运而生为解决人类的健康问题带来福音。 生物功能陶瓷的介绍 1．生物惰性陶瓷材料 生物惰性陶瓷主要是指化学性能稳定，不发生或发生极小反应且生物相溶性好的陶瓷材料。这类陶瓷材料的结构都比较稳定，分子中的键力较强，而且都具有较高的机械强度，耐磨性以及化学稳定性，它主要有氧化铝陶瓷、单晶陶瓷、氧化锆陶瓷、玻璃陶瓷等。应用于临床的为高密度、高纯度Al2O3陶瓷，它有良好的生物相容性、优良的耐磨性、化学稳定性、高的机械强度。当Al2O3陶瓷的平均晶粒＜4μm；：纯度超过99.7％时，其抗弯强度可达500MPa，因此能用于牙根、颌骨、髋关节及其他关节和骨的修复和置换。特种碳材料也在临床应用中获得相当的成功，它具有良好的生物相容性，特别是抗凝血性能显著，模量低，摩擦系数小，韧性好，因此耐磨和抗疲劳。在临床中广泛应用于心血管外科，如心脏瓣膜、缝线、起搏器电极等。 2．生物活性陶瓷材料
压电陶瓷材料及应用 一、概述 1.1电介质 电介质材料的研究与发展成为一个工业领域和学科领域，是在20世纪随着电气工业的发展而形成的。国际上电介质学科是在20世纪20年代至30年代形成的，具有标志性的事件是：电气及电子工程师学会（IEEE）在1920年开始召开国际绝缘介质会议，以后又建立了相应的分会（IEEE Dielectric and Electrical Insulation Society）。美国MIT建立了以Hippel教授为首的绝缘研究室。苏联列宁格勒工学院建立了电气绝缘与电缆技术专业，莫斯科工学院建立了电介质与半导体专业。特别是德国德拜教授在20世纪30年代由于研究了电介质的极化和损耗特性与其分子结构关系获得了诺贝尔奖，奠定了电介质物理学科的基础。随着电器和电子工程的发展，形成了研究电介质极化、损耗、电导、击穿为中心内容的电介质物理学科。 我国电介质领域的发展是在1952年第一个五年计划制定和实行以来，电力工业和相应的电工制造业得到迅速发展，这些校、院、所、首先在我国开展了有关电介质特性的研究和人才的培养，并开出了“电介质物理”、“电介质化学”等关键专业课程，西安交大于上海交大、哈尔滨工大等院校一道为我国培养了数千名绝缘电介质专业人才，促进了我国工程电介质的发展。80年代初中国电工技术学会又建立了工程电介质专业委员会。 近年来，随着电子技术、空间技术、激光技术、计算机技术等新技术的兴起以及基础理论和测试技术的发展，人们创造各种性能的功能陶瓷介质。主要有： （1）、电子功能陶瓷如高温高压绝缘陶瓷、高导热绝缘陶瓷、低热膨胀陶瓷、半导体陶瓷、超导陶瓷、导电陶瓷等。 （2）、化学功能陶瓷如各种传感器、化学泵等。 （3）、电光陶瓷和光学陶瓷如铁电、压电、热电陶瓷、透光陶瓷、光色陶瓷、玻璃光纤等。（电介质物理——邓宏）
湖北汽车工业学院 本科生课程论文 论文题目新型陶瓷材料在汽车中的应用及未来发展学生专业班级材料成型及控制工程（汽车产业）T1233-5 学生姓名（学号）朱宝林（2012030526） 指导教师（职称）王天国 完成时间2014-11-5 2014 年11月05 日
目录 前言 (3) 第一章汽车发动机中的陶瓷材料 (4) 1.1 陶瓷汽车发动机 (4) 1.2 活塞顶用陶瓷结构 (5) 1.3 涡轮增压器陶瓷材料 (6) 第二章陶瓷纤维在发动机零件上的应用 (6) 第三章陶瓷材料在发动机其它部件的应用 (7) 第四章新型陶瓷材料未来的发展及在汽车上的应用·7
前言 关于新型陶瓷材料： 新型陶瓷材料在性能上有其独特的优越性。在热和机械性能方面，有耐高温、隔热、高硬度、耐磨耗等；在电性能方面有绝缘性、压电性、半导体性、磁性等；在化学方面有催化、耐腐蚀、吸 性。因此研究开发新型功能陶瓷是材料科学中的一个重要领域。 摘要：随着科学技术飞速发展，现代汽车制造业将更多特种陶瓷、智能陶瓷制品引入，采用到汽车上，并且伴随着更多的新型结构材料的引入，在汽车零部件加工制造技术上也带来了一场新的革命，在此主要介绍一些新型的陶瓷材料在现在及未来的汽车行业的使用情况及以后可能应用的发展前景。 目前应用于汽车上的陶瓷材料主要有：氧化硅陶瓷，碳化硅陶瓷，氮化硅陶瓷，氧化铝陶瓷这几种。 关键词：陶瓷材料、发动机、汽车、应用
第一章汽车发动机中的陶瓷材料 1·1 陶瓷汽车发动机 新型陶瓷是碳化硅和氮化硅等无机非金属烧结而成。与以往使用的氧化铝陶瓷相比，强度是其三倍以上，能耐1000摄氏度以上高温，新材料推进了汽车上新用途的开发。例如：要将柴油机的燃耗费降低30%以上，可以说新型陶瓷是不可缺少的材料。现在汽油机中，燃烧能量中的78%左右是在热能和热传递中损失掉的，柴油机热效率为33%，与汽油机相比已十分优越，然而仍有60%以上的热能量损失掉。因此，为减少这部分损失，用隔热性能好的陶瓷材料围住燃烧室进行隔热，进而用废气涡轮增压器和动力涡轮来回收排气能量，有试验证明，这样可把热效率提高到48%。 同时，由于新型陶瓷的使用，柴油机瞬间快速起动将变得可能。采用新型陶瓷的涡轮增压器，它比当今超耐热合金具有更优越的耐热性，而比重却只有金属涡轮的约三分之一。因此，新型陶瓷涡轮可以补偿金属涡轮动态响应低的缺点。其他正在进行研究的有：采用新型陶瓷的活塞销和活塞环等运动部件。由于重量的减轻，发动机效率可望得到提高。 由于陶瓷材料具有优良的耐热性、耐磨性、隔热性及重量轻优点，故使用陶瓷材料替代金属制备热机部件的技术受到了世界各国的高度重视。目前，发动机的主要零部件，如活塞、气缸盖、气门、排气管、涡轮烟压器、氧传感器及火花塞等都用先进的陶瓷材料来制造，并研制出了无水冷的绝热陶瓷发动机。另外为了防止汽车废气对大气环境的影响，各国都采用了的措施，制订了严格的排放标准，这些都促进了汽车工业用新技术的开发以及新材料的研多，特别是在发动机用先进陶瓷瓷材料方面取大了软大的进展，并在近年来的技术创新中发挥着更重的作用。 陶瓷发动机的优越性为： ·可以提高发动机的工作温度，从而大大提高效率。例如，目前作为发动机制造材料的镍基耐热合金，工作温度在1000℃左右。而采用陶瓷材料，则可以将工作温度提高到1300℃，使发动机效率提高30%左右。 ·工作温度高，可使燃料燃烧充分，所排废气中的有害成分大为降低，这不仅降低了能源消耗，而且减少了环境污染。
第一章绪论 1如何区别结构陶瓷和功能陶瓷材料？ 利用陶瓷对声、光、电、磁、热等物理性能所具有的特殊功能而制造的陶瓷材料称为功能陶瓷。 在工程结构上使用的陶瓷称为工程陶瓷，它主要在高温下使用，也称高温结构陶瓷。这类陶瓷具有在高温下强度高、硬度大、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损、耐烧蚀等优点。★★★ 2功能陶瓷的耦合效应有哪些？课件P36 答：热电效应、压电效应、磁电效应、光电效应、声光效应、磁光效应。 第二章功能陶瓷的基本性质 3功能陶瓷的热学性能有哪些？了解其含义。P19-23 答：（1）功能陶瓷的热学性质有热容、热膨胀系数、热导率和抗热冲击性。 （2）热容：物体温度升高1K所需要增加的热量。 热膨胀系数：温度升高1℃而引起的体积和长度的相对变化。 热导率：单位时间内单位面积上通过的热量与温度梯度的比例系数。 抗热冲击性：指物体能承受温度剧烈变化而不被破坏的能力。 4什么是绝缘强度？P15 答：当作用于陶瓷材料上的电场强度超过某一临界值时，它就丧失了绝缘性能，由介电状态转变为导电状态，这种现象称之为介电强度的破坏或介质的击穿，击穿时的电场强度称绝缘强度。 5功能陶瓷的电学性质有哪些？了解其含义。P7-15 答：（1）功能陶瓷的电学性质有电导率、介电常数、介电损耗角正切值和击穿电场强度。 （2）电导率：指在介质中该量与电场强度之积等于传导电流密度。 介电常数：是衡量电介质材料在电场作用下的极化行为或存储电荷能力的参数。 介质损耗角正切值：表示电介质在交流电压下的有功损耗和无功损耗之比，值越大，介质损耗越大，反映了电
介质在交流电压下的损耗性能。 [额外知识点介质损耗：绝缘材料在电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应，在其内部引起的能量损耗。介质损耗角：δ在交变电场作用下，电介质内流过的电流相量和电压相量之间的夹角。] 击穿电场强度：当作用于陶瓷材料上的电场强度超过某一临界值时，它就丧失了绝缘性能，由介电状态转变为导电状态，这种现象称之为介电强度的破坏或介质的击穿，击穿时的电场强度称击穿电场强度。 第四章超导陶瓷 6什么是超导体？超导体有什么特征？约束超导体的临界参数有哪些？P68-69 答：（1）超导体：处于具有特殊电性质的物质的超导状态下的零电阻导体。 （2）特征是零电阻。 （3）临界温度Tc（超导体从一定电阻的正常态转变为电阻为零的超导态的温度）；临界磁场Hc（使超导体从超导态转变为正常态的磁场）；临界电流Ic（通过超导体的电流密度超过某一数值Jc时，超导体的超导电性就会被破坏，Jc即为临界电流密度，对应的电流为临界电流Ic）。 [额外知识点P69超导体的T-H-J临界面图有必要记下] 7超导陶瓷的作用。P85-86 答：（1）超导量子干涉器（SQUID）；（2）微波无源器件和微波有源器件；（3）利用超导陶瓷的约瑟夫逊效应研制第五代计算机；（4）混频器；（5）射频量子干涉仪；（6）磁屏蔽；（7）多层结构；（8）超高频天线；（9）磁通变换器；（10）用于输配电；（11）高温超导无源微波器件；（12）利用高温超导陶瓷的抗磁性，进行废水处理、除毒、分离红血球、抑制和杀死癌细胞、加速高能粒子等。★ [额外知识点另外可以如此记：10、12加上1（在电力系统方面，可以用于输配电。）2（在交通运输方面，可以制造磁悬浮高速列车。）3（用于电子陶瓷）共五条。] 8什么是第一类超导体？什么是第二类超导体？P69-70 第一类超导体只存在一个临界磁场Hc，当外磁场H
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