《功能陶瓷》课件

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1、特种陶瓷材料及工艺授课教师：蒋百灵教授材料科学与工程学院3.1、电解质陶瓷3.2、铁电陶瓷3.3、敏感陶瓷3.4、导电陶瓷3.5、超导陶瓷3.6、磁性陶瓷3.7、陶瓷的金属化和封接第三章、功能陶瓷功能材料：在材料应用中，主要利用其非力学性能时，则统称此类材料为功能材料。所谓非力学性能，包括材料的电、磁、光、热、化学、核性能和生物学等方面的性能。功能陶瓷不仅在功能材料中占有十分重要的地位，且功能陶瓷占整个特种陶瓷制品销售量的80%，而电磁功能陶瓷又要占到功能陶瓷的80%以上。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

2、子技术、红外技术、生物技术、环境科学等领域得到广泛的应用。第三章、功能陶瓷3.1电介质陶瓷电介质陶瓷：从电性能的角度分类，可将固体材料分为超导体、导体、半导体和绝缘体（各自的电阻率界限是多少？各写出三个物质的名称—留为作业自查资料！！），绝缘体（材料）亦称电介质。电介质陶瓷即是指电阻率大于108（8次方）Ωm的陶瓷材料，能承受较强的电场而不被击穿。3.1.1电介质陶瓷的一般特性1）电绝缘与极化电介质陶瓷中的分子正负电荷彼此强烈地束缚，在弱电场的作用下，虽然正电荷沿电场方向移动，负电荷逆电场方向移动，但它们并不能挣脱彼此的束缚而形成电流，因

3、而具有较高的体积电阻率，具有绝缘性。由于电荷的移动，造成了正负电荷中心不重合，在电介质陶瓷内部形成偶极距，产生了极化。2）极化与介电损耗电介质陶瓷的另一特性是介电损耗。任何电介质在电场作用下，总会或多或少的把部分电能转变成热能使介质发热，在单位时间内因发热而消耗的能量称为损耗功率或简称介电损耗。3.1电介质陶瓷3.1.2电介质陶瓷的性能及分类电介质陶瓷在静电场或交变电场中使用，评价其特性主要指标有体积电阻率、介电常数和介电损耗等参数。根据这些参数的不同，可把电介质陶瓷分为电绝缘陶瓷即装置陶瓷和电容器陶瓷。按性质分别称为压电陶瓷、热释电陶瓷

4、和铁电陶瓷。1）电绝缘陶瓷电绝缘陶瓷又称为装置陶瓷，是在电子设备中作为安装、固定、支撑、保护、绝缘、隔离及连接各种无线电子原件及器件的陶瓷材料。具有以下性质；a高的体积电阻率，b介电常数小，c高频电场下的介电损耗要小，d机械强度高，e良好的化学稳定性3.1电介质陶瓷3.1.2电介质陶瓷的性能及分类2)电容器陶瓷根据陶瓷电容器所采用陶瓷材料的特点，电容器分为温度补偿，温度稳定，高介电常数和半导体系四种类型。若按制造这些陶瓷电容器的材料性质也可分为四大类。第一类为非铁电电容器陶瓷，其特点是高频损耗小，在使用的温度范围内介电常数随温度变化而呈线

5、性变化。因此又称热补偿电容器陶瓷。第二类为铁电电容器陶瓷，其特点是介电常数呈非线性且值高。又称强介电常数电容器陶瓷。第三类为反铁电电容器陶瓷。第四类为半导体电容器陶瓷。3.1电介质陶瓷3.1.2电介质陶瓷的性能及分类2)电容器陶瓷用于制造电容器的陶瓷材料在性能上有如下要求；①介电常数应尽可能高。介电常数越高，陶瓷电容器的体积可以做得越小。②在高频、高温、高压以及其它恶劣环境下稳定可靠。③介质损耗角正切值小。这样可以在高频电路中充分发挥作用，对于高功率陶瓷电容器，能提高无功功率。④比体积电阻高于1010Ωm，这样可保证在高温下工作。⑤高的介

6、电强度，陶瓷电容器在高压和高功率条件下，往往由于击穿而不能工作。因此提高它的耐压性能，对充分发挥陶瓷的功能有重要的作用。3.1电介质陶瓷3.1.2电介质陶瓷的性能及分类3）压电陶瓷概念：压电效应、热释电效应、铁电效应电介质陶瓷中的第三大类即为压电陶瓷，它包括压电陶瓷、热释电陶瓷和铁电陶瓷三种。3.1电介质陶瓷3.1.3电介质陶瓷陶瓷生产工艺、性能及应用1）电绝缘陶瓷的生产特点电绝缘陶瓷的性能，主要强调三个方面，即高体积电阻率、低介电常熟和低介电损耗。除此之外，还要求具有一定的机械强度。陶瓷材料是晶相、玻璃相及气相组成的多相系统，其电学性能

7、主要取决于晶相和玻璃相的组成和结构，尤其是晶界玻璃相中的杂质浓度较高，且在组织结构形成连续相，所以陶瓷的电绝缘性和介电损耗性主要受玻璃相的影响。3.1电介质陶瓷3.1.3电介质陶瓷陶瓷生产工艺、性能及应用1)电绝缘陶瓷的生产特点通常陶瓷材料的导电机制为离子导电。离子导电又可分为本征离子导电、杂质离子导电和玻璃离子导电。要获得高体积电阻率的陶瓷材料，必须在工艺上考虑以下几点；①选择体积电阻率高的晶体材料为主要相。②严格控制配方，避免杂质离子，尤其是碱金属和碱土金属离子的引入，在必须引入金属离子时，充分利用中和效应和压抑效应，以降低材料中玻璃

8、相的电导率。③由于玻璃的电导活化能小，因此应尽可能控制玻璃相的数量，甚至达到无玻璃相烧结。④避免引入变价金属离子，以免产生自由电子和空穴，引起电子式导电，使电性能恶化。⑤严格控制温度和气氛，以