功能陶瓷复习

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1、如何区分结构陶瓷和功能陶瓷?

结构陶瓷是指在应用是主要利用其力学机械、热及部分化学功能的先进陶瓷,如果能在高温下应用的陶瓷就称为高温结构陶瓷。

功能陶瓷是指应用是主要利用其非力学性能的先进陶瓷材料,这类材料具有一种或多种功能,如电学、磁学、光学、热学、化学、生物等;有的有耦合功能,如压电、压磁、热电、电光、声光、磁光等。

2、功能陶瓷的耦合效应有哪些?

压电、压磁、热电、电光、声光、磁光等。

3、功能陶瓷如何分类

电磁功能陶瓷:电介质陶瓷(电绝缘陶瓷,电容器陶瓷,压电陶瓷)、

半导体陶瓷、磁性陶瓷、超导陶瓷、化学功能陶瓷、生物功能陶瓷

4、功能陶瓷的热学性质有哪些?了解其含义。

①热导率:热导率又称导热系数,是反映材料导热性能的物理量;

②热膨胀系数: 固体在温度每升高1K时长度或体积发生的相对变化量。

5、什么是绝缘强度?

当电场强度超过某一临界值时,介质由介电状态变为导电状态。相应的临界电场强度称为绝缘强度。

6、功能陶瓷的电学性质有哪些?了解其含义。

①电导率:电导率是表示物质传输电流能力强弱的一种测量值;

②介电常数:是衡量介质极化行为或介质储存电荷能力的重要特征参数;

③介质损耗:电介质在单位时间内消耗的能量;

④击穿电场强度:当电场强度超过某一临界值时,介质由介电状态变为导电状态,相应

的临界电场强度称为击穿电场强度。

7、电介质陶瓷的电导机制是什么?了解其含义。

离子电导离子作为载流子的电导机制。

8、什么是极化?自发极化?极化方式和基本原理。

极化:在外电场作用下,电介质内部沿电场方向产生感应偶极矩,在电介质表面出现极化电荷的现象叫作电介质的极化。

自发极化:极化状态并非由外电场所引起,而是由晶体内部结构特点所引起,晶体中每个晶胞内存在固有电偶极矩。

极化方式:

(1)位移式极化:电子或离子在电场作用下的一种完全弹性、不消耗电场能量、介质不发热、平衡位置不发生变化、瞬间就能完成、去电电场时又恢复原状态的极化方式。

包括电子极化,离子极化

(2)松弛式极化:非弹性的、平衡位置发生变化、完成的时间比位移极化长、消耗电场能量、介质发热,是一种可逆的过程,去掉电场时不能恢复原状态的极化方式。

(3)空间电荷极化:自由电荷在障碍处积聚,空间电荷从新分布,形成了介质极化,称为空间电荷极化。

(4)自发极化:由晶体内部结构特点引起的,每个晶胞内存在固有电偶极矩

(5)取向极化:极性电解质中的偶极矩在外电场作用下,有序化

9、电介质陶瓷如何分类?

①电绝缘陶瓷,②电容器陶瓷,③压电陶瓷

10、电解质陶瓷怎样分类

根据参数的不同,电解质陶瓷分为:电绝缘陶瓷和电容器介质陶瓷两大类。

其中陶瓷电容器按制造的材料分为:1、非铁电电容器陶瓷;2、铁电电容器陶瓷;3、反铁电陶瓷;4、半导体电容器陶瓷。

按性质分为压电陶瓷、热释电陶瓷和铁电陶瓷。

11、各类陶瓷的特点,及常见的化合物

(1)电绝缘陶瓷的性质:1、高的体积电阻率 2、介电常数小 3、高频电场下的介质损耗要小 4、机械强度高 5、良好的化学稳定性

化合物分为氧化物和非氧化物两大类。氧化物:Al2O3和MgO等绝缘体陶瓷;非氧化物主要有氮化物陶瓷如:Si3N4、BN、AlN等。

(2)电容器陶瓷的性质:体积小容量大、结构简单、耐高温、耐腐蚀、高频特性优良、品种繁多、价格低廉。

常见化合物:铁电电容器陶瓷BaTiO3反铁电电容器陶瓷PbZrO3

12、介质陶瓷、压电陶瓷、热释电陶瓷及铁电陶瓷之间的相互关联和区别

压电陶瓷包括铁电陶瓷,铁电陶瓷一定具有压电性,但是压电陶瓷不一定具有铁电性。

因为压电体中一定存在自发极化,而铁电体不仅要求陶瓷中有自发极化的偶极子,还要求偶极子可以随外电场转向。

热释电效应是温度变化,正负电荷的重心发生相对位移,使晶体两端面内产生电荷。

电解质陶瓷史由于电荷在电场的作用下移动,造成正负电荷重心不重合,产生了极化。

13、电致伸缩效应、电滞回线

电致伸缩:各晶粒在电场作用下的这种沿电场方向的伸长和垂直电场方向的收缩,就导致了整个陶瓷试样沿电场方向的伸长和在垂直电场方向的收缩。这就是BaTiO3基铁电陶瓷的电致伸缩现象。

电滞回线:极化强度P和外电场强度E间的关系构成电滞回线。

14、什么是介电反常,试用居里-外斯定律解释。

一般用电滞回线中在原点附近的斜率来表示铁电体的介电常数,实际测量介电常数时外加电场很小。大多数铁电体的介电常数在居里点附近具有很大的数值,其数量级可达104~105,此即铁电体在临界温度的介电反常现象。

居里-外斯定律为铁电体在居里温度以上时,介电常数与温度关系的一个基本定律。从上式可以看出在居里点以上,随温度T的升高,介电系数ε迅速下降,距离距离温度越近,下降的程度就越大。

15、BaTiO3铁电陶瓷老化的含义是什么?

当某一BaTiO3铁电陶瓷介质从烧成或被覆电极冷却后,其介电常数ε和介质损耗角的正切值tanδ存放时间的推移而逐渐降低,这种现象称为老化。

16、晶界、相界、畴壁?对铁电陶瓷的介电性能影响。

晶界是结构相同而取向不同晶粒之间的界面,晶界随晶粒减小而增大,介电常数降低,介电损耗值减小;

相界是由结构不同或结构相同而点阵参数不同的两块晶体相交接而形成的界面;

壁畴是两电畴间的分界面,在Tc点以下,介电损耗较大,其主要原因是畴壁运动,这时tanδ值随外加电场急剧增加。

17、什么是置换改性/掺杂改性?各有什么特点?对BT陶瓷的介电陶瓷的介电性能如何影响?

置换改性是指在生产过程中向BaTiO3中引入能大量溶解到BaTiO3晶格中并与相应位置金属离子(A位或B位)进行置换,形成BaTiO3基固溶体的粒子性加入物,从而使陶瓷性质得到改善。其特点是等价置换,等价置换导致固溶体的轴率(c/a)降低时(例如Sr2+、Zr4+、Sn4+等),能使居里峰向低温方向移动;导致轴率升高时(例如Pb2+的引入),则使居里峰向高温方向移动。

掺杂改性是指有些加入物,由于离子半径相差较大或相应离子的电价不同等原因,在BaTiO3中固溶极限很小,这种小极限固溶导致BaTiO3陶瓷性质发生显著变化的改性。其固溶极限小,加入物对BaTiO3铁电相变温度影响大。

18、介质陶瓷、压电陶瓷、热释电陶瓷及铁电陶瓷之间的相互关系和区别。