电子材料及其元器件作业

第一章
第一节作业:
1、名词解释：电化学效应（法拉弟效应）、肖特基缺陷、弗仑克尔缺陷、漏导电流、载流子、霍尔效应、压碱效应。

电化学效应（法拉弟效应）：电子材料是离子电导，它要发生明显的质量变化，在电极附近有新物质产生。

肖特基缺陷：晶体内部只有空位的缺陷。

弗仑克尔缺陷：离子脱离结点后形成填隙离子和空位。

漏导电流：在电场的作用下，绝缘材料中的联系弱的带电质点沿电场方向作有规则的运动，形成微小的电流。

载流子：电子陶瓷中存在少量能传递电荷的质点叫载流子。

霍耳效应：当电子陶瓷上施加外电场产生电流I，如果在垂直于电流的方向加上一磁场H，则在垂立于电流和磁场的I—H平面的方向将产生一个外加电场M。

压碱效应：当电子陶瓷中加入碱土金属氧化物时，可显著提高电阻率。

2、分析三电极系统的工作原理。

工作原理：三电极由工作电极，参比电极，辅助电极（或对电极）组成。

三电极体系含两个回路，一个回路由工作电极和参比电极组成，用来测试工作电极的电化学反应过程，另一个回路由工作电极和辅助电极组成，起传输电子形成回路的作用。

3、随外界条件的变化，电子陶瓷的载流子有何变化？
电子陶瓷中载流子的性质会随着外界条件的变化而发生相应变化。

a、当外加电场弱的时候是离子电导，随着外加电场增强，电子电导比例越来越大，在临近击穿时，明显地呈现电子电导的特征。

b、温度不同，载流子的性质也可能不同，低温时为离子电导，随着温度升高，逐渐转化为电子电导。

4、用晶格震动理论解释离子晶体导电的原因。

对离子晶体，一般温度下，离子在外电场中不发生移动，仍然不能导电。

在受热情况下，晶格上的离子在其固定位置附近作热振动。

其中有少数离子因达到较高的能量，从结点上脱落，离开结点而进入晶格间隙位置。

形成填隙离子，原来的位置形成空位。

温度愈高，离子脱离结点的几率愈大，填隙离子和空位的数目愈多，产生结构缺陷——热缺陷，在外电场作用下，离子晶体才会导电。

第二节作业：
1、名词解释：界面极化，介质吸收
界面极化：由于界面对离子迁移产生阻碍作用，而产生的极化。

介质吸收：对陶瓷电容器，外加直流电流，开始瞬间电流很大，随时间推移，电流减小并逐渐趋于稳定，看起来就象电流被陶瓷吸收了。

1、位移式极化和松弛极化的概念及特点。

（注：包括四种）
特点：第一种是位移式极化：瞬时完成，是完全弹性的，不消耗能量，不使介质发热的极化，包括电子位移极化和离子位移极化。

第二种称松弛式极化：完成这种极化需要一定的时间，并且是非弹性的，消耗一定能量，使介质发热，包括离子松弛极化和电子松弛极化。

电子位移极化：在外电场作用下，核外电子云发生偏转，电子云中心与原子核中心产生一定位移，正负电荷中心分离，产生偶极矩。

离子位移极化：组成陶瓷介质的正负离子在电场作用下可以发生可逆的弹性位移。

离子松弛极化：离子从一个平衡位置迁移到另一个平衡位置而产生的，作用到离子上的与电场作用力相对抗的不是离子间相互吸引的弹性力，而是不规则的热运动阻力，所以这种极化建立的过程是一种热松弛过程。

电子松弛极化：电子在外电场作用下，从一个结点移动到另一个结点，但其移动是有限的，不会产生电导，只是一个极化过程，这种极化也是一个热松弛过程。

2、降低介质损耗的途径。

（1）选择合适的主晶相
对主晶相的要求是：结构紧密，晶格畸变小，杂质少。

（2）避免产生缺位型固溶体和插入型固溶体。

容易产生松弛极化。

（3）防止产生多晶转变。

多晶转变时晶格重排不充分，产生较多缺陷，损耗增加。

（4）防止产生弱束缚电子。

如含有易变价的氧化物，应在烧成时注意氧化气氛，或加入补偿杂质。

（5）防止气孔产生。

气孔存在，产生很多界面，在外电场作用下产生损耗。

第四章
第一节作业：
1、防止滑石瓷老化有哪些措施？
防止滑石瓷老化的措施——抑制晶型的转化：
（1）玻璃相的影响。

要求在每个晶粒外面均匀地包裹上一层玻璃相，可抑制原顽辉石的转化。

（2）晶粒大小的影响。

细晶易形成玻璃相包裹，粗晶产生相变时，对玻璃相的应力较大，可能导致玻璃相破裂，细晶产生的应力较小。

（3）固溶体的影响。

引入的固熔体与偏硅酸镁MgSiO3结构相似，常用的有MnSiO3（3%），它的引入使三种晶型之间的差异变模糊；但FeSiO3不能引用，因为Fe可以是+2、+3价，形成非化学计量结构，产生大量载流子，使滑石瓷老化和粉化的倾向变大。

（4）冷却速度的影响。

快速冷却可以减少在转化倾向较大的温度区间的停留时间，对避免玻璃相的析晶，以充分发挥玻璃相抑制晶型转化的作用来说也是有利的。

第二节作业：
1、P130，习题
某厂采用下列配方生产75瓷，求烧成瓷体的平衡矿物组成。

烧滑石的理论组成为66.6%SiO2和33.4%MgO。

原料烧Al2O3烧滑石CaCO3
配料比/% 95 4 1
解：假设烧氧化铝为纯Al2O3，按100kg配料计算。

则瓷料的化学组成为
Al2O395
SiO2 4×66.6%=2.66
MgO 4×33.4%=1.34
CaO 10×.56=0.56
总计99.56
CaCO3→CaO + CO2
100 56 44
灼减：CO2=1×（44/100）=0.44
换算成百分含量
Al2O395/99.56=95.42%
SiO2 2.66/99.56=2.67%
MgO 1.34/99.56=1.35%
CaO 0.56/99.56=0.06%
总计—99.56
其中SiO2/CaO=2.67/0.06>2.16
MA=3.51×1.35%=4.74%
CAS2=4.96×0.06%=0.30%
A3S2=3.55×(2.67%—2.14×0.06%）=9.02%
α-Al2O3=1—4.74%—0.30%—9.02%=85.94%
2、什么是高热导率陶瓷？高热导率陶瓷的结构特点是什么？
高热导率陶瓷：具有高热导率的电子陶瓷材料。

温度不易升高，不易发生热击穿。

高热导率陶瓷的结构特点：（1）高热导率晶体都是共价键晶体或共价键很强的晶体。

共价键具有饱和性和方向性，任何质点的位移都会使相邻质点发生位移。

（2）高热导率晶体的结构基元种类都少，原子量或平均原于量都较低。

对结构基元，要求原子量相近
（3）对层状结构的晶体，方向性很强，沿层片方向强的共价键结合可以保证沿层片方向具有高的热导率。

（4）热导率对晶界气孔等结构缺陷十分敏感。

要制备高热导率陶瓷，要求晶界少，气孔少，晶粒尽可能地长大，致密性要好。

（5）对杂质十分敏感。

杂质存在形成结构缺陷。

综上所述，要制得高热导率陶瓷，必须是高纯、高致密、自结合的单相陶瓷。

第五章
第一节作业：
1、名词解释：
电畴，居里温度，铁电体
电畴：许许多多晶胞组成的具有相同的自发极化方向的小区域。

居里温度：使铁电体失去自发极化因而使电畴结构消失的最低温度（用Tc表示）。

铁电体：具有电畴结构的晶体。

2、什么是BaTiO3陶瓷的电致伸缩？
对BaTi03陶瓷无外电场作用时，它的取向是随机的，各个方向上的伸缩可以相互抵消，宏观上讲，整个陶瓷无体积改变。

若施加一个外电场，沿电场方向伸长，其它方向缩短。

3、简述BaTiO3基陶瓷的粒度效应。

粒度效应：指四方结构的BaTi03，晶粒粒径﹤5 m时，随粒径↓，自发变形度（c/a－1）相应↓，（c/a－1）代表了晶体的极化程度，（四方结构BaTi03 c/a=1.01，c/a－1=0.01，若c/a －1=0.001，则沿c轴方向自发变形减小，自发极化减小）。

这一变化一直持续到Tc以上，在Tc以上，按理自发极化应消失，但粒度﹤5 m时，在Tc以上自发极化仍然存在。

第二节作业：
1、TiO2变色（发黑）的原因是什么？
Ti02在还原性气氛下，氧离子离开晶格，并交出二个电子，这两个电子将Ti4+还原成Ti+3，由于Ti02的还原，使材料的介电性能大大恶化，绝缘电阻下降，介质损耗增加，抗电强度降低，材料外观由白色变成黑灰色或者其他颜色。

Ti02还原后变成灰黑色的原因：是因为形成了F—中心(色心)。

Ti02失去氧在晶格中留下的一个氧离子(阴离子)空位，是带正电的，形成一个正电中心。

所交出的电子被一部分Ti4+离子接收而还原Ti+3离子，亦即[Ti4+·e]，这个电子与钛离子结合较松，能量状态较高，只要吸收少量的能量又重新失去这个电子恢复为四价钛离子，这个电子又易被氧离子空位俘获形成F—中心。