《功能陶瓷材料》课件

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1、第八章功能陶瓷功能陶瓷是指利用电、磁、声、光、热、力学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应用功能的陶瓷。广泛应用于电子技术、能源开发、传感技术和生物技术等各个领域。功能陶瓷通常根据其本征的功能及其主要用途进行分类：机械材料；热学材料；电学材料；光学材料；化学材料；生物材料。8.1功能陶瓷及其分类陶瓷功能材料的改进方法从材料的组成上直接调节，优化其内在品质，包括采用非化学式计量、离子置换、加入不同类型杂质，使不同相在微观级复合，形成不同性质的晶界层等。通过改变外界条件，即改变工艺条件和提高

2、陶瓷材料的性能，达到获得优质材料的目的。1）生物陶瓷概念：具有特殊生理行为的陶瓷材料，可以作为生物体部分功能或形态修复材料。性能要求：1.无毒性，生物兼容性2.物理、化学稳定性3.生物亲和性4.易消毒5.抗血栓性生物陶瓷分类生物惰性陶瓷2.生物活性陶瓷3.生物复合材料生物惰性材料特点：结构稳定，化学键合力强，具有高机械强度、耐磨性及化学稳定性。主要材料包括：氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷等主要用途：外科手术中的生物假体，如人工关节等生物活性陶瓷表面生物活性陶瓷和生物吸收性陶瓷（生物降解陶瓷）表面生物活性陶瓷特点：

3、通常含有羟基，可做成多孔性，生物组织可长入并同其表面发生牢固的键合生物吸收性陶瓷特点：能部分吸收或者全部吸收，在生物体内能诱发新生组织的生长。生物活性陶瓷主要物质生物活性玻璃羟基磷灰石陶瓷磷酸三钙8.2敏感陶瓷定义：当作用于材料元件上的某一外界条件如温度、压力、湿度、气氛、电场、磁场、光及射线等改变时，能引起该材料某种物理性能的变化，从而能从这些元件上准确迅速地获得某种有用的信号。分类：热敏、压敏、湿敏、气敏、声波敏感陶瓷、磁敏和多敏性陶瓷热敏陶瓷热敏陶瓷是一类其电阻率随温度发生明显变化的材料。分类：PT

4、C、NTC、CTR1.PTC热敏电阻陶瓷1）居里温度Tc2）PTC热敏陶瓷材料3）PTC热敏陶瓷的应用居里温度Tc在小于Tc温度区域，电阻随温度升高而下降，服从eΔE/2KT规律在Tc附近时，发生相变，随温度升高，电阻急剧升高，称为PTC温度区域在大于Tc的温度区域，有呈负温度特征，服从eΔE/2KT规律PTC热敏陶瓷种类两个系列：BaTiO3基PTC特点：具有优良PTC效应，Tc温度区域电阻率跃变达103－107V2O3基PTC材料特点：在常温下电阻率很小，其PTC属于金属－绝缘体型相变，没有电压效应和

5、频率效应，可用于大电流领域的过流保护PTC热敏陶瓷的应用实用价值特性：电阻率－温度、电流－电压、电流－时间、等温发热电阻、收缩振荡、发热。应用方面：对温度敏感，如马达的过热保护、液面深度探测、温度控制和报警、非破坏性保险丝、晶体管过热保护、温度电流控制器等；延迟，如彩色电视机自动消磁、马达启动器、延迟开关等；加热器，如等温发热件、空调加热器等。NTC热敏电阻陶瓷定义：指随温度升高而其电阻率按指数关系减小的一类陶瓷材料。负温度系数的温度－电阻特性：式中，R，R0分别为在T和T0（K）时的电阻；B为热敏电阻常

6、数。由此可得到电阻温度系数：热敏电阻常数B可以表征和比较陶瓷材料的温度特性，B值越大，热敏电阻的电阻对于温度的变化率越大。一般常用的热敏电阻陶瓷的B＝2000～6000K，高温型热敏电阻陶瓷的B值约为10000～15000K。NTC热敏电阻的温度系数αT在工作温度范围内并不是常数，是随温度的升高而迅速减小。B值越大，则在同样温度下的αT也越大，即制成的传感器的灵敏性越高。因此温度系数只表示NTC热敏电阻陶瓷在某个特定温度下的热敏性热敏电阻材料的要求：1.高温物理、化学、电气特性稳定，尤其电阻对高温直流负荷

7、随时间变化小；2.在使用湿度范围内无相变；3.B值可根据需要进行调整；4.陶瓷烧结体与电极的膨胀系数接近。NTC热敏电阻陶瓷三大类：低温型；中温型；高温型。CTR热敏电阻陶瓷定义：是一种具有开关特性的负温度系数的热敏电阻。当达到临界温度时，引起半导体陶瓷－金属相变。CRT热敏电阻主要是以VO2为基本成分的半导体陶瓷，在68℃附近具有很大的负温度系数，故称为剧变温度热敏电阻。应用方面：CRT热敏电阻陶瓷的应用主要是利用其在特定温度附近电阻剧变的特性，用于电路的过热保护和火灾报警等方面。CRT热敏电阻陶瓷的制

8、备CRT热敏电阻陶瓷主要是指以VO2为基本成分的半导体陶瓷，其制备方法是将V2O5和V或V2O3粉末混合，放入石英管中，抽真空后加热至熔点以上。另一方法是将上述粉末的混合物在可控制氧分压的气氛中烧结。VO2热敏陶瓷的热敏原理：金红石结构单斜结构（导体）（半导体）压敏陶瓷定义：是指具有非线性伏－安特性、对电压变化敏感的半导体陶瓷。特点：它在某一临界电压以下电阻值非常高，几乎没有电流，但当超过这一临界电压时，电阻将急剧变化，并且有