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1、第第3 3节节 功功 能能 陶陶 瓷瓷一、功能陶瓷概述一、功能陶瓷概述1 1、与传统陶瓷的区别、与传统陶瓷的区别（1 1）原原料料许许多多是是经经过过人人工工合合成成或或者者精精制制，不不受受天天然然条条件件的限制；的限制；（2 2）突突破破传传统统陶陶瓷瓷的的化化学学成成分分限限制制，用用多多种种金金属属氧氧化化物物、氮氮化化物物、碳碳化化物物、磷磷化化物物等等，有有时时直直接接用用金金属属原原素素和和碳碳、硅等非金属原素。硅等非金属原素。 与与传传统统陶陶瓷瓷相相比比，功功能能陶陶瓷瓷具具备备了了一一些些特特殊殊性性能能( (热、机械、化学、电磁、光热、机械、化学、电磁、光) )。电电 子
2、子 陶陶 瓷瓷生生 物物 陶陶 瓷瓷敏敏 感感 陶陶 瓷瓷磁磁 性性 陶陶 瓷瓷超超 导导 陶陶 瓷瓷光光 学学 陶陶 瓷瓷 其其功功能能的的实实现现主主要要来来自自于于它它所所具具有有的的特特定定的的电电绝绝缘缘性性、半半导导体体性性、导导电电性性、压压电电性性、铁铁电电性性、磁磁性性、生生物物适应性等。适应性等。 2 2、功能陶瓷分类、功能陶瓷分类按按电电学学性性质质：绝绝缘缘体体陶陶瓷瓷、介介电电陶陶瓷瓷、半半导导体体陶陶瓷、和导电陶瓷；瓷、和导电陶瓷；按热学性质按热学性质：耐高温陶瓷、电热陶瓷。：耐高温陶瓷、电热陶瓷。二、材料的电性能二、材料的电性能首先，我们了解一点材料的电学性能。首
3、先，我们了解一点材料的电学性能。1导电性导电性材材料料的的导导电电性性以以其其电电导导率率来来度度量量，表表明明材材料料在在电电场场中中传传递递电电荷荷的的能能力力。载载流流子子数数目目n、每每个个载载流流子子的的电电荷荷q以以及及载载流流子子的的迁迁移移率率 ，决决定了材料的电导率定了材料的电导率 或电阻率或电阻率 。 在材料中，产生电流的载流子有四种类型，即在材料中，产生电流的载流子有四种类型，即电子、空穴、正离电子、空穴、正离子和负离子子和负离子。若载流子是电子或空穴，则材料的电导为。若载流子是电子或空穴，则材料的电导为电子电导电子电导；若；若载流子是离子或空格点，则称为载流子是离子或空
4、格点，则称为离子电导离子电导。材料按其导电能力可分为四大类：材料按其导电能力可分为四大类：（1）超导体超导体，0，（2）导体导体，；金属及部分陶瓷和高分子材料金属及部分陶瓷和高分子材料（3）半导体半导体，；（4）绝缘体绝缘体，普通陶瓷与大部分高分子材料普通陶瓷与大部分高分子材料金金属属的的电电导导率率随随温温度度的的升升高高而而降降低低，半半导导体体、绝绝缘体及离子材料的电导率则随温度升高而增大。缘体及离子材料的电导率则随温度升高而增大。杂杂质质原原子子使使纯纯金金属属的的电电导导率率下下降降，这这是是由由于于溶溶质质原原子子在在固固溶溶体体内内造造成成不不规规则则的的势势场场变变化化，影影响
5、响自自由由电电子的运动。子的运动。陶陶瓷瓷材材料料中中溶溶入入杂杂质质原原子子后后，常常常常会会使使其其导导电电性性能能提提高高。适适当当形形式式的的晶晶体体缺缺陷陷，对对改改善善陶陶瓷瓷材材料料的的导导电性有重要意义电性有重要意义。2介电性介电性绝绝缘缘体体虽虽不不传传导导电电荷荷，但但在在电电场场E中中并并非非不不反反应应。如如相相隔隔距距离离为为d的两块电极板之间加一电压的两块电极板之间加一电压U，此时电场为伏特梯度：，此时电场为伏特梯度：若若两两板板间间无无任任何何物物质质，则则每每板板上上的的电电荷荷密密度度D0与与电电场场E成成比比例例。如如果果在在两两电电板板间间有有材材料料m（
6、即即称称电电介介质质），其其电电荷荷密密度度可可能能由由D0增增到到Dm，比率，比率Dm/D0即为材料的相对介电常数，即即为材料的相对介电常数，即相对介电常数总是大于相对介电常数总是大于1.01.0。因为在电场中，材料内部的电子。因为在电场中，材料内部的电子或正负离子发生了位移。或正负离子发生了位移。不不同同材材料料及及不不同同温温度度下下的的介介电电常常数数差差别别很很大大。Al2O3、AIN陶陶瓷瓷的的室室温温介介电电常常数数小小于于10，BaTiO3、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3等等铁铁电电陶陶瓷瓷的的室室温温介介电电常常数数为为几几百百至至几几千，通过调整材料组成，甚至可达千，通过
7、调整材料组成，甚至可达1000020000。利利用用各各种种材材料料不不一一的的介介电电常常数数及及其其温温度度特特性性，就就可可以制作不同性能规格的电容器或其他元件。以制作不同性能规格的电容器或其他元件。3压压电电性性指指某某些些晶晶体体材材料料按按所所施施加加的的机机械械应应力力成成比比例例地地产生电荷的能力。产生电荷的能力。 材料的压电效应取决于晶体结构的材料的压电效应取决于晶体结构的不对称性不对称性，晶，晶体必须有极轴，才有压电效应。体必须有极轴，才有压电效应。钛酸钡钛酸钡Pb(Ti、Zr)O3(PZT)压电效应的本质压电效应的本质压电效应的本质压电效应的本质机械作用机械作用机械作用机
8、械作用( (应力与应变应力与应变应力与应变应力与应变) )引起了晶体的极化引起了晶体的极化引起了晶体的极化引起了晶体的极化，从，从而导致而导致介质两端表面介质两端表面出现相反的束缚电荷出现相反的束缚电荷出现相反的束缚电荷出现相反的束缚电荷。例：例：BaTiOBaTiO3 3陶瓷的压电机理陶瓷的压电机理BaTiOBaTiO3 3晶晶晶晶体体体体中中中中，氧氧氧氧形形形形成成成成八八八八面面面面体体体体，TiTi位位位位于于于于氧氧氧氧八八八八面面面面体体体体的的的的中中中中心心心心，BaBa处处处处于于于于八八八八个个个个八面体的间隙。八面体的间隙。八面体的间隙。八面体的间隙。BaBaOOTiT
9、i陶瓷陶瓷陶瓷陶瓷由许多由许多排列无序的小晶粒排列无序的小晶粒构成，具有构成，具有各向各向各向各向同性同性同性同性，不显示压电性不显示压电性不显示压电性不显示压电性。经电场处理后，陶瓷经电场处理后，陶瓷存在剩余极化强度存在剩余极化强度存在剩余极化强度存在剩余极化强度，它它它它是以是以束缚电荷的形式束缚电荷的形式束缚电荷的形式束缚电荷的形式表现出来，且由表现出来，且由各向同性各向同性变成变成各向异各向异性性，从而，从而具有压电性具有压电性具有压电性具有压电性。由于束缚电荷的作用，在陶瓷片两极板上吸附了一由于束缚电荷的作用，在陶瓷片两极板上吸附了一层表面电荷，这些层表面电荷，这些吸附电荷吸附电荷吸
10、附电荷吸附电荷与片内与片内束缚电荷束缚电荷束缚电荷束缚电荷数量相等，数量相等，符号相反，起符号相反，起屏蔽和抵消屏蔽和抵消屏蔽和抵消屏蔽和抵消片内极化强度对外界的作用。片内极化强度对外界的作用。TiTi电场处理后的陶瓷片电场处理后的陶瓷片电场处理后的陶瓷片电场处理后的陶瓷片当在瓷片上加一个与极化方向平行的外力时，在应力当在瓷片上加一个与极化方向平行的外力时，在应力的作用下的作用下瓷片发生形变瓷片发生形变瓷片发生形变瓷片发生形变，即，即极化方向极化方向极化方向极化方向c c轴被压缩轴被压缩轴被压缩轴被压缩，使，使Ti4+位移位移变小，变小，片内极化强度变小片内极化强度变小片内极化强度变小片内极化
11、强度变小，因而释放出部分原来被吸附的表，因而释放出部分原来被吸附的表面电荷，这就是被压缩后出现的面电荷，这就是被压缩后出现的正压电效应正压电效应。TiTi电场处理后的陶瓷片电场处理后的陶瓷片电场处理后的陶瓷片电场处理后的陶瓷片外力的作用外力的作用当在瓷片上施加与极化方向相同的当在瓷片上施加与极化方向相同的电场电场电场电场时，此时时，此时增增增增大了极化强度大了极化强度大了极化强度大了极化强度，表示，表示Ti4+位移增大，晶胞位移增大，晶胞c轴变长，瓷片发轴变长，瓷片发生生伸长形变伸长形变伸长形变伸长形变，此时，电能变为机械能，此时，电能变为机械能(逆压电逆压电)。TiTi电场处理后的陶瓷片电场
12、处理后的陶瓷片电场处理后的陶瓷片电场处理后的陶瓷片电场的作用电场的作用正正压压电电效效应应压压电电材材料料在在应应力力作作用用下下产产生生形形变变，极极化化状状态态发发生生变变化化，引引起起介介质质表表面面带带电电，表表面面电电荷荷密密度度与与应应力力成成正比。正比。P电介质矢量；电介质矢量；d是压电常数；是压电常数；应力。应力。逆逆压压电电效效应应反反之之，施施加加激激励励电电场场，材材料料（介介质质）将将产产生机械变形，应变与电场强度成正比。生机械变形，应变与电场强度成正比。S弹性强度；弹性强度；E电场强度；电场强度；压电常数。压电常数。具有压电效应的材料可分为四类：具有压电效应的材料可分
13、为四类：（1）压压电电单单晶晶材材料料，如如水水晶晶、NiNbO3、Bi2GeO3、Li2GeO3、Li3BO4等；等；（2）压压电电陶陶瓷瓷材材料料，如如BaTiO3、PbTiO3、Pb(Ti、Zr)O3(PZT)、改性改性PZT和其他三元系陶瓷材料；和其他三元系陶瓷材料；（3）压电薄膜压电薄膜，如，如ZnO、CdS、AIN等；等；（4）高分子压电材料，高分子压电材料，如聚偏氟乙烯等。如聚偏氟乙烯等。本节中我们将讨论到压电陶瓷材料。本节中我们将讨论到压电陶瓷材料。4、压电效应、压电效应材料的电极化派生出的性质：材料的电极化派生出的性质：压电性、热释电、电致伸缩压电性、热释电、电致伸缩等。等。
14、什么叫压电效应？什么叫压电效应？我们前面讨论过我们前面讨论过什么叫热释电？什么叫热释电？温度变化时，引起电介质自发极化，产生表面的束缚温度变化时，引起电介质自发极化，产生表面的束缚电荷，且未被外界自由电荷所补偿。电荷，且未被外界自由电荷所补偿。什么叫电致伸缩？什么叫电致伸缩？压力大、应力大，或电场较强时，产生电致伸缩，压力大、应力大，或电场较强时，产生电致伸缩，即在外电场较强时，材料会产生一种应变，这种应变和即在外电场较强时，材料会产生一种应变，这种应变和电场强度的平方成正比。电场强度的平方成正比。电致伸缩电致伸缩-压电特性压电特性一、电介质陶瓷一、电介质陶瓷物质在电场中：物质在电场中：导体导
15、体导电；导电；绝缘体绝缘体极化，正负电荷发生局部移动而显出电性。极化，正负电荷发生局部移动而显出电性。什么叫电介质？什么叫电介质？电介质是电阻率高于电介质是电阻率高于108m的材料，能耐较高电压而不被击穿。的材料，能耐较高电压而不被击穿。电电介介质质是是以以极极化化方方式式传传递递电电的的物物质质，主主要要是是绝绝缘缘体体，半半导导体体纯纯硅硅、纯锗也属于电介质。纯锗也属于电介质。 电介质分为两种：电绝缘陶瓷和电容器陶瓷。电介质分为两种：电绝缘陶瓷和电容器陶瓷。1、电绝缘陶瓷、电绝缘陶瓷主主要要用用于于电电子子设设备备中中安安装装、固固定定、支支撑撑、保保护护、绝绝缘缘、隔隔离离以以及及连连接
16、接各各种种无无线线电电零零件件和和器器件件。（高高频频绝绝缘缘子子、插插座座、瓷瓷管管基基板板、瓷环等）。瓷环等）。绝绝缘缘陶陶瓷瓷中中应应用用最最广广的的氧氧化化物物是是Al2O3，达达90%以以上上，机机械械强强度度高、绝缘性好、热导率小，耐腐蚀，高、绝缘性好、热导率小，耐腐蚀，常用作电子电路的基片。常用作电子电路的基片。 半导体元件和电路对材料半导体元件和电路对材料的要求：高性能、小体积；导热的要求：高性能、小体积；导热率大、密度高、容易小型化。率大、密度高、容易小型化。BeO陶陶瓷瓷的的优优点点是是热热导导率率高高，高高温温下下绝绝缘缘性性好好适宜作散热片。适宜作散热片。SiC、BN和
17、和AlN（碳碳化化硅硅、立立方方氮氮化化硼硼和和氮氮化化铝铝）也属于导热率高，散热快的材料。也属于导热率高，散热快的材料。SiCSiC的晶体结构和金刚石相似，其中的晶体结构和金刚石相似，其中部分硅代替了部分碳的位置。部分硅代替了部分碳的位置。 这种结构强固、致密，机械强这种结构强固、致密，机械强度高，适宜用作电子线路的基板。度高，适宜用作电子线路的基板。SiC、BN和和AlN结构结构“等电子体系等电子体系”：因为因为B、Al+3价，价，N-3价；价；B、Al外层有外层有3个电子，个电子，N外层有外层有5个电子，个电子，构成构成“等电子体系等电子体系”。2、电容器陶瓷、电容器陶瓷电容器的性能要求
18、电容器的性能要求：耐较高电压，不易被击穿，介电常数高，高：耐较高电压，不易被击穿，介电常数高，高频下可靠地工作。频下可靠地工作。电容器陶瓷的特点电容器陶瓷的特点：介电常数高：介电常数高因此体积可以做得很小。因此体积可以做得很小。电容器的介电材料电容器的介电材料：金红石（：金红石（TiO2），钛酸酸钙（），钛酸酸钙（CaTiO3，加少，加少量量ZrO2），钛酸镁（），钛酸镁（MgTiO3）可用于高频。可用于高频。2MgOSiO2、Al2O3、BaTi4O9、(Zr，Sn，Ti)O2可用于集成电可用于集成电路基片、元件路基片、元件介电常数达到介电常数达到10105 5的电容器陶瓷，可以使电容器微型
19、化。的电容器陶瓷，可以使电容器微型化。 3.压电陶瓷压电陶瓷陶瓷在外加力场作用下出现宏观的压电效应，称为压陶瓷在外加力场作用下出现宏观的压电效应，称为压电陶瓷。电陶瓷。压电陶瓷的晶体结构随温度的变化而变化。对于压电陶瓷的晶体结构随温度的变化而变化。对于钛酸钛酸钡钡和和钛酸铅钛酸铅，当温度高于居里温度，当温度高于居里温度Tc时，为立方晶体，时，为立方晶体，具有对称性，无压电效应；低于具有对称性，无压电效应；低于Tc时，为四方晶体，具时，为四方晶体，具有非对称性，有压电效应。有非对称性，有压电效应。压电陶瓷的优点是价格便宜，可以批量生产，能控制压电陶瓷的优点是价格便宜，可以批量生产，能控制极化方向
20、，添加不同成分，可改变压电特性。极化方向，添加不同成分，可改变压电特性。压电陶瓷的应用压电陶瓷的应用压电陶瓷可用作超声波发生源压电陶瓷可用作超声波发生源的振子或水下测声聘仪器上的振的振子或水下测声聘仪器上的振子；也可用作声转换器。子；也可用作声转换器。压电陶瓷收到机械应力的作用压电陶瓷收到机械应力的作用时，由压电效应发生的电能可用于时，由压电效应发生的电能可用于煤气灶的点火器和打火机等。煤气灶的点火器和打火机等。压压电电陶陶瓷瓷有有软软硬硬之之分分：介介电电常常数数大大的的材材料料，容容易易随随外外场场变变化化，属于软性。属于软性。例例1：在基质陶瓷材料中掺入低价正离子在基质陶瓷材料中掺入低价
21、正离子介电常数下降介电常数下降。例例2：以以Na+、K+取代部分取代部分Pb2+，以，以Fe3+、Al3+取代部分取代部分Zr4+、Ti4+，为保持电中性，陶瓷中出现铅空位，为保持电中性，陶瓷中出现铅空位介电常数升高介电常数升高。压电陶瓷应用有压电换能器、压电马达、压电变压器、压电陶瓷应用有压电换能器、压电马达、压电变压器、电声转换器件等。利用压电效应将机械能转换为电能或把电声转换器件等。利用压电效应将机械能转换为电能或把电能转换为机械能的元件称为换能器（硬性材料）。电能转换为机械能的元件称为换能器（硬性材料）。压电陶瓷压电陶瓷Pachinkom游戏机游戏机它是由若干层它是由若干层锆钛酸铅锆钛
22、酸铅锆钛酸铅锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷块压电陶瓷块构成的，构成的，压压压压电块电块电块电块既作为既作为传感器传感器传感器传感器又作为又作为执行器执行器执行器执行器。压电陶瓷压电陶瓷压电陶瓷压电陶瓷PachinkomPachinkom游戏机游戏机游戏机游戏机 当金属球落到陶瓷压电块上时，球的冲击力产生压当金属球落到陶瓷压电块上时，球的冲击力产生压电电压；电电压； 电压脉冲通过反馈系统加以放大和调整，然后返回电压脉冲通过反馈系统加以放大和调整，然后返回并施加到压电块的执行器部分；并施加到压电块的执行器部分； 陶瓷压电块突然膨胀变形，把金属球抛出压电块所陶瓷压电块突然膨胀变形，把金属球抛出压电块所在
23、的孔，使球沿着螺旋轨道爬出，落入另一孔内，再盘在的孔，使球沿着螺旋轨道爬出，落入另一孔内，再盘旋上升，如此周而复始。旋上升，如此周而复始。4.光电陶瓷光电陶瓷当陶瓷受到光照射时，由于电子在能带间的迁移和当陶瓷受到光照射时，由于电子在能带间的迁移和能级间的迁移而引起光的吸收现象，能带内产生自由载能级间的迁移而引起光的吸收现象，能带内产生自由载流子，而使电导率增加，这种现象称为流子，而使电导率增加，这种现象称为光电导现象光电导现象。利用光电导效应检测光强度的元件称为光敏元件。检利用光电导效应检测光强度的元件称为光敏元件。检测从波长很短的测从波长很短的X射线到波上很长的紫外线的光敏元件射线到波上很长
24、的紫外线的光敏元件主要是烧结主要是烧结GdS多晶；如果在多晶；如果在GdS中添加中添加Cu杂质，可以杂质，可以用作检测可见光的用作检测可见光的光敏元件光敏元件。信息领域：信息领域：用作高速转换元件、通信元件和连接电路。用作高速转换元件、通信元件和连接电路。生物医学领域：生物医学领域：用于核磁共振断层摄像仪、量子干涉用于核磁共振断层摄像仪、量子干涉仪、粒子线治疗装置等。仪、粒子线治疗装置等。电子能源领域：电子能源领域：用于超导磁体发电、超导输电、超导储用于超导磁体发电、超导输电、超导储能等。能等。通信元件通信元件超导量子干涉仪超导量子干涉仪交通运输领域：交通运输领域：完全抗磁体制造的磁悬浮列车、
25、电磁完全抗磁体制造的磁悬浮列车、电磁推进器、飞机航天飞机发射台等。推进器、飞机航天飞机发射台等。宇宙开发、军事领域：宇宙开发、军事领域：潜艇的无螺旋浆无噪声电磁推潜艇的无螺旋浆无噪声电磁推进器、超导磁炮等。进器、超导磁炮等。磁悬浮列车磁悬浮列车航天飞机发射台航天飞机发射台5.铁电陶瓷铁电陶瓷什么叫铁电性？什么叫铁电性？铁铁电电性性是是指指在在一一定定温温度度范范围围内内具具有有自自发发极极化化性性能能，在在外外电电场场作作用用下下，自自发发极极化化能能重重新新取取向向，而而且且电电位位移移矢矢量量与与电电场场强强度度之之间间的的关关系呈电滞回线现象的特性。系呈电滞回线现象的特性。什么是电滞回线
26、？什么是电滞回线？这类材料在电性能上与铁氧体的磁性能类似，故称为铁电陶瓷。这类材料在电性能上与铁氧体的磁性能类似，故称为铁电陶瓷。什么是铁氧体？什么是铁氧体？（我们在磁性材料一章中将有详细讨论）（我们在磁性材料一章中将有详细讨论）有有些些陶陶瓷瓷的的晶晶粒粒排排列列是是不不规规则则的的，但但在在外外电电场场作作用用下下，不不同同取取向向的的电电荷荷开开始始转转向向电电场场方方向向，材材料料出出现现自自发发极极化化，在在电电场场方方向向呈呈显显一一定定电电场场强强度度，这这类类陶陶瓷瓷称称为为铁铁电电陶陶瓷瓷，广广泛泛应应用用的的铁铁电电材材料料有有钛钛酸酸钡（钡（BaTiO3）、钛酸铅、锆酸铝
27、等。）、钛酸铅、锆酸铝等。铁铁电电陶陶瓷瓷应应用用最最多多的的是是铁铁电电陶陶瓷瓷电电容容器器，还还可可用用于于制造压电元件、热释电元件、电光元件、电热器件等。制造压电元件、热释电元件、电光元件、电热器件等。6.敏感陶瓷敏感陶瓷指某些性能随外界条件（指某些性能随外界条件（温度、湿度、气氛温度、湿度、气氛）的变）的变化而发生改变的陶瓷材料。化而发生改变的陶瓷材料。原理原理：温度改变：温度改变电阻率改变，测电阻率就可测温度。电阻率改变，测电阻率就可测温度。温度和电阻率的关系有两种：温度和电阻率的关系有两种：正温系数（正温系数（PTC）热敏材料）热敏材料温度温度电阻率电阻率；负温度系数（负温度系数（
28、NTC）热敏材料）热敏材料温度温度电阻率电阻率。（1）热敏电阻陶瓷）热敏电阻陶瓷利用其热学性质的陶瓷利用其热学性质的陶瓷负温度系数陶瓷（负温度系数陶瓷（NCT）如：如：MnO-CuO2-O2；Mn-Co-Ni（多为尖晶石型）等。（多为尖晶石型）等。正温度系数陶瓷（正温度系数陶瓷（PCT）钛酸钡陶瓷或钛酸钡为主晶相的陶瓷。钛酸钡陶瓷或钛酸钡为主晶相的陶瓷。热敏陶瓷应用热敏陶瓷应用马达的过热保护、液面深度测量、温度控制和报警、马达的过热保护、液面深度测量、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。非破坏性保险丝、晶体管过热保护、温度电流控制器等。彩色电视机自动消磁、马达启动
29、器、自动开关等。彩色电视机自动消磁、马达启动器、自动开关等。等温发热件、空调加热器等。等温发热件、空调加热器等。2、压敏电阻陶瓷、压敏电阻陶瓷电阻值对外加电压敏感的陶瓷材料。电阻值对外加电压敏感的陶瓷材料。原理：原理：电压电压电阻率电阻率压敏陶瓷有压敏陶瓷有SiC、Si、Ge、ZnO等。以等。以ZnO的性能最的性能最优，具有大电流和高能量承受能力。优，具有大电流和高能量承受能力。微型马达电噪声、彩色显像管放电吸收、继电器节微型马达电噪声、彩色显像管放电吸收、继电器节点保护、汽车发动机异常输出功率吸收、电火花、稳点保护、汽车发动机异常输出功率吸收、电火花、稳压元件等。压元件等。压敏陶瓷应用压敏陶
30、瓷应用3、湿敏电阻陶瓷、湿敏电阻陶瓷将湿度信号转化成电信号的陶瓷材料。将湿度信号转化成电信号的陶瓷材料。 ZnOCr2O3陶瓷陶瓷 ZnCr2O3Fe2O3陶瓷陶瓷 MgCr2O4TiO2陶瓷陶瓷应用：应用：用于湿度指示、记录、预报、控制和自动用于湿度指示、记录、预报、控制和自动化等。化等。4、磁敏电阻陶瓷、磁敏电阻陶瓷将磁性物理量转化成电信号的陶瓷材料。将磁性物理量转化成电信号的陶瓷材料。应用：应用：可用来检测磁场、电流、角度、转速、相位等。可用来检测磁场、电流、角度、转速、相位等。汽车工业中无触点汽车点火开关、在计算机工业中霍汽车工业中无触点汽车点火开关、在计算机工业中霍尔键盘、家用电器和
31、工业上无刷电机和无触点开关等。尔键盘、家用电器和工业上无刷电机和无触点开关等。 热释电效应热释电效应是指当某些晶体受到是指当某些晶体受到温度变化温度变化时，由于时，由于自发极化的相应变化而在晶体的一定方向上产生表面电自发极化的相应变化而在晶体的一定方向上产生表面电荷的现象。荷的现象。5、热释电陶瓷、热释电陶瓷 热释电材料热释电材料可以是单晶也可以是陶瓷。这类热释电可以是单晶也可以是陶瓷。这类热释电晶体可以分为具有自发极化，但自发极化不能为外电场晶体可以分为具有自发极化，但自发极化不能为外电场所转向的晶体，如电气石、所转向的晶体，如电气石、CaS、CaSe、ZnO等，以及等，以及自发极化可以为外
32、电场转向的晶体，如自发极化可以为外电场转向的晶体，如LiTaO3、PbTiO3等。等。 热释电材料可作热释电材料可作热释电探测器热释电探测器使用。其中锆钛酸使用。其中锆钛酸铅（铅（Pb（Zr，Ti）O3）铁电顺电相变陶瓷材料，由）铁电顺电相变陶瓷材料，由于改性减少了热滞，使它显示了良好的热释电性能，于改性减少了热滞，使它显示了良好的热释电性能，已制成了单个探测器和矩阵，在红外探测和热成像系已制成了单个探测器和矩阵，在红外探测和热成像系统中得到应用。统中得到应用。热释电材料的应用热释电材料的应用热释电红外检测元件热释电红外检测元件7、光学陶瓷、光学陶瓷能够透光的陶瓷材料。能够透光的陶瓷材料。要求
33、：要求：具有优良的耐热性、耐风化性、耐膨胀性；能透具有优良的耐热性、耐风化性、耐膨胀性；能透过可见光，还能够透过波长更长或波长更短的光；光损过可见光，还能够透过波长更长或波长更短的光；光损耗低，能在远距离进行光传播；经光的照射，其性质发耗低，能在远距离进行光传播；经光的照射，其性质发生可逆或不可逆变化。生可逆或不可逆变化。制造透明陶瓷的关键：制造透明陶瓷的关键：消除气孔和控制晶粒异常长大！消除气孔和控制晶粒异常长大！1.添加微量或少量的添加剂添加微量或少量的添加剂2.改变烧结气氛改变烧结气氛3.改变原料改变原料4.采用先进的烧结技术采用先进的烧结技术光学透明陶瓷光学透明陶瓷1、透明陶瓷、透明陶
34、瓷氧化物透明陶瓷氧化物透明陶瓷Al2O3、Gd2O3、CaO、LiAl5O8、MgO、HfO、BeO等等非氧化物透明陶瓷非氧化物透明陶瓷GaAs、ZnS、ZnSe、MgF2、CaF2等等2、红外光学陶瓷、红外光学陶瓷氧化钇是一种高温红外材料，主要用于红外导弹的氧化钇是一种高温红外材料，主要用于红外导弹的窗口和整体罩、天线罩、微波基板、绝缘支架、红外发窗口和整体罩、天线罩、微波基板、绝缘支架、红外发生器管壳、红外透镜和其他高温窗口。生器管壳、红外透镜和其他高温窗口。Y Y2 2O O3 3Y Y2 2O O3 3掺杂材料掺杂材料3、激光陶瓷、激光陶瓷激光陶瓷的实质是具有适当的能级结构，通过激励使
35、激光陶瓷的实质是具有适当的能级结构，通过激励使粒子从低能级向高能级跃迁。粒子从低能级向高能级跃迁。激光晶体通常包括两部分：组成晶格的称激光晶体通常包括两部分：组成晶格的称基质晶体基质晶体，为激活离子提供适当的晶格场；另一部分是为激活离子提供适当的晶格场；另一部分是发光中心发光中心，即，即少量的少量的掺杂离子掺杂离子。几种典型的激光陶瓷材料：几种典型的激光陶瓷材料： 红宝石激光晶体：红宝石激光晶体： -Al2O3单晶为基质，单晶为基质， 掺入掺入Cr3 掺钕的钇铝石榴石晶体。掺钕的钇铝石榴石晶体。激光晶体材料发展逐渐成熟，应用领域不断拓宽激光晶体材料发展逐渐成熟，应用领域不断拓宽 激光晶体材料向
36、着大尺寸、高功率、宽带可调谱、新激光晶体材料向着大尺寸、高功率、宽带可调谱、新波长方向发展。波长方向发展。8、生物陶瓷、生物陶瓷用于人体器官替换、修补以及外科矫形的陶瓷材料。用于人体器官替换、修补以及外科矫形的陶瓷材料。要求：要求：具有良好的力学性能，在体内难于溶解，不易具有良好的力学性能，在体内难于溶解，不易氧化，不易腐蚀变质，热稳定性好，耐磨且有一定的氧化，不易腐蚀变质，热稳定性好，耐磨且有一定的润滑性，和人体组织的亲和性好，组成范围宽，易于润滑性，和人体组织的亲和性好，组成范围宽，易于成形等。成形等。生物惰性陶瓷生物惰性陶瓷陶瓷的物理、化学性能稳定，在生物体内完全呈惰性状态。陶瓷的物理、
37、化学性能稳定，在生物体内完全呈惰性状态。生物活性陶瓷生物活性陶瓷具有优异的生物相容性，能与骨形成结合面，结合强度具有优异的生物相容性，能与骨形成结合面，结合强度高，稳定性好，高，稳定性好，参与代谢参与代谢。思考题：思考题：1、材料具有哪些电性能？、材料具有哪些电性能？2、什么叫压电性？具有压电效应的材料主要有哪四大类？、什么叫压电性？具有压电效应的材料主要有哪四大类？3、名词解释：正压电效应、逆压电效应、名词解释：正压电效应、逆压电效应4、材料按导电能力分为哪几类？、材料按导电能力分为哪几类？5、什么是功能陶瓷，功能陶瓷的分类主要有哪些？、什么是功能陶瓷，功能陶瓷的分类主要有哪些？6、什么是正温度系数热电材料、负温度系数热电材料？、什么是正温度系数热电材料、负温度系数热电材料？7、什么是生物陶瓷材料？它应具有哪些要求？、什么是生物陶瓷材料？它应具有哪些要求？
