几种功能陶瓷材料的研究与发展现状
功能陶瓷材料研究进展概述

功能陶瓷材料研究进展概述功能陶瓷材料是一类重要的材料,具有广泛的应用前景。
本文将概述近年来功能陶瓷材料研究的进展。
1.传统陶瓷材料的发展陶瓷材料是最早被人类应用的材料之一。
近年来,传统陶瓷材料在材料学领域得到了广泛研究和应用。
其中,氧化物陶瓷材料是最常见的,例如氧化铝、二氧化锆以及氧化钛等。
这些材料具有良好的耐磨性、高温稳定性和机械强度,因此广泛应用于机械、电子等领域。
2.新型陶瓷材料的研究除了传统陶瓷材料外,功能陶瓷材料也被广泛研究。
这些材料的特点是具有特殊的功能性能,例如导电、磁性、光学等。
下面是一些新型功能陶瓷材料的介绍。
① 压电陶瓷压电陶瓷具有压电效应,即在外加电场下产生应变,也可以在施加压力时产生电场。
这种材料被广泛应用于传感器、执行器、控制器等领域。
② 透明陶瓷透明陶瓷是在高温下制备的无机非金属材料,具有良好的透明性和机械强度。
这种材料被广泛应用于光学、探测器、太阳能电池等领域。
③ 磁性陶瓷磁性陶瓷是由铁氧体等磁性物质制成的陶瓷材料,具有良好的软磁性、硬磁性和电磁性能。
这种材料被广泛应用于电气、通信等领域。
④ 生物陶瓷生物陶瓷是一种在生物医学领域广泛应用的材料。
这些材料可以用于骨修复和再生,包括人工骨、人工关节、牙科修复等。
为了制备出具有特殊功能性能的陶瓷材料,研究人员开发了多种制备技术。
例如:① 热等静压法(Hot Isostatic Pressing,HIP)。
HIP是一种高温高压处理技术,可以使陶瓷材料结构更加均匀。
这种方法制备的材料具有宽广的工作压力范围和高耐用性。
② 生物成骨技术(Bone Ingrowth Technology,BIT)。
BIT是一种用于制备生物陶瓷材料的方法,能够促进骨细胞的生长和骨组织的再生。
③ 溶胶-凝胶法(Sol-Gel Process)。
这种方法可以用于制备不同种类的陶瓷材料。
这种制备技术的优点是可以用于薄膜的制备和大面积的陶瓷制备。
4.结论功能陶瓷材料是一类非常重要的材料,具有广泛的应用前景。
高性能陶瓷材料的研究与应用

高性能陶瓷材料的研究与应用高性能陶瓷材料是一种具有优异性能的新型材料,在现代工业与科技领域广泛应用。
相较于传统金属材料,高性能陶瓷材料具有更高的硬度、耐磨性、耐腐蚀性、高温稳定性等特点,在诸如轨道交通、能源、电子工业等领域有着广泛的应用前景。
一、高性能陶瓷材料的研究现状目前,高性能陶瓷材料的研究已相当成熟,其中较为著名的是氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷等。
这些陶瓷材料在化学稳定性、硬度、热稳定性等方面具有优异性能,因此被广泛地应用于一些特殊领域中。
氧化铝陶瓷具有高强度、高硬度、良好的磨损性能和低温度热膨胀性能,因此在制造精密陶瓷、刀具、球轴承等方面有着广泛的应用。
氮化硅陶瓷在高温、高压、高速、高功率等极端环境下表现出优异性能,广泛应用于耐磨、切割、研磨等领域。
碳化硅陶瓷的硬度和强度较高,对于耐高温、耐化学腐蚀、耐磨损等性能需求较高的领域有广泛应用。
二、高性能陶瓷材料的应用领域1. 轨道交通高铁列车的轮轴承重量是极其重要的,轴承采用的材料必须具有高强度、高硬度、抗磨损、耐高温等特点。
因此,高性能陶瓷材料在轨道交通领域的应用越来越广泛。
氮化硅陶瓷轴承广泛用于高速列车轮轴承,它具有高硬度、高耐腐蚀、高高温稳定等特点,能够在高速列车载重严重、高速运行情况下发挥优异性能。
2. 能源高性能陶瓷材料被广泛应用于风电机组、燃气轮机、火电机组等能源设施中。
其中,氮化硅陶瓷的高温稳定性能和电绝缘性能非常适合用于制造燃气轮机叶片,可有效提高燃气轮机的工作效率和使用寿命;碳化硅陶瓷的高强度、高硬度、高温稳定性能能够延长燃气轮机的使用寿命;氧化铝陶瓷则广泛应用于使用寿命相对短的火电机组内部部件中,如喷油嘴、喷气嘴等。
3. 电子工业高性能陶瓷材料在电子工业领域也有着广泛的应用。
硅基、氮化硅、氧化铝、碳化硅等陶瓷材料在集成电路、微电子器件等方面有着广泛的应用和重要作用。
此外,这些陶瓷材料也广泛用于声音、光电、电磁等部件的制造。
功能陶瓷研究报告

功能陶瓷研究报告
功能陶瓷研究报告
一、研究背景
功能陶瓷是应用于特定功能领域的一类材料。
其主要具有耐高温、耐腐蚀、高密度、高硬度、高强度、低热膨胀系数、良好的绝缘性能、高压电效应、压电效应、磁学效应等特殊性质,广泛应用于航空、航天、电子、通信、电力、化工、医疗、环保等领域。
二、研究现状
功能陶瓷的研究和应用已经有几十年的历史,目前国内外的研究
重点主要集中在以下几个方面:
1.制备工艺:包括粉末合成、成型技术、烧结工艺等。
其中,钙
钛矿陶瓷、氧化铝、氮化硅、碳化硅等是目前研究和应用较为广泛的
功能陶瓷材料。
2.陶瓷材料的特性研究:针对不同材料的特性研究,包括物理、
化学、机械等性质的研究,如热膨胀系数、介电常数、电阻率、硬度等。
3.应用研究:功能陶瓷的应用研究主要涉及到采用特殊工艺制作
的各种传感器、电容器、电加热器、介质、磁芯、陶瓷管等。
4.材料的改性研究:利用不同的改性技术可以增加功能陶瓷的性
能和功能。
比如添加导电剂、增强剂和粘结剂等,可以增强陶瓷的机
械强度和导电性能。
三、研究展望
未来功能陶瓷的研究和应用将逐步扩展到更广泛的领域。
一方面,将与其他一些材料结合使用,如复合材料。
另一方面,将会推广到更
多的应用领域,如能源、光学、环保等领域。
同时,其制备技术也将
得到更加精细和完善的发展,包括新的制备方法和改良传统制备方法等。
几种功能陶瓷材料的研究与发展现状

几种功能陶瓷材料的研究与发展现状摘要功能陶瓷作为一种新型的无机非金属材料,以其优越的性能正越来越多地应用到社会生活中来,同时对于它的研究也仍在不断的深入与发展。
由于功能陶瓷材料的种类繁多,本文主要介绍了目前涉及比较广泛的铁电压电陶瓷材料,半导体陶瓷材料以及微波介质陶瓷材料的研究概况与进展。
关键词:铁电陶瓷压电陶瓷半导体陶瓷微波介质陶瓷前言功能陶瓷主要是指那些利用电磁、声、光、热、力等直接效应及其耦合效应所提供的先进陶瓷(现代陶瓷)。
功能陶瓷的发展经历了电介质陶瓷、压电铁电陶瓷、半导体陶瓷、快离子导体陶瓷、高温超导陶瓷等等一系列的过程,目前已发展成为性能多样、品种繁多、使用广泛、市场占有份额很高的一大类先进陶瓷材料。
功能陶瓷的不断开发,对科学技术的发展起了巨大的促进作用,其应用领域也随之更为广泛。
[1]目前主要用于电、磁、光、声、热和化学等信息的检测、转换、传输、处理和存储等,并已在电子信息、集成电路、计算机、能源工程、超声换能人工智能、生物工程等众多近代科技领域显示出广阔的应用前景。
当前功能陶瓷正朝着复合化,多功能化,低维化,智能化和设计、材料、工艺一体化的方向进一步的发展。
一、铁电压电陶瓷材料的研究进展[2]近年来,随着电子器件微型化、智能化的发展,各种性能优良、能满足制备体积更小电子器件的新型材料成为材料科学界的研究热点之一。
铁电压电材料因其具有独特的电学、光学和光电子学性能,在现代微电子、信息存储等方面有着广泛的应用前景,已经成为当前新型功能材料研究的热点之一,其主要可以分为以下几大类。
1、弛豫铁电体弛豫铁电体是指顺电—铁电转变,属弥散相变的铁电材料,一般为复合型化和物或固溶体。
由于弛豫型铁电体具有很高的介电常数,相对低的烧结温度和“弥散相变”得到的较低容温变化率、大的电致伸缩系数和几乎无滞后的特点,使其在多层陶瓷电容器及新型电致伸缩器件方面有着巨大的应用前景。
近年来,弛豫铁电陶瓷的研究一直是人们关注的热点。
纳米功能陶瓷研究现状及未来发展趋势

纳米功能陶瓷研究现状及未来发展趋势目前,纳米功能陶瓷研究已经取得了一系列突破。
首先,纳米陶瓷具有优异的力学性能和化学稳定性。
由于纳米颗粒之间较大的比表面积和边界强化效应,纳米功能陶瓷的强度、硬度和断裂韧性得到了显著提升。
其次,纳米功能陶瓷还具有优异的光学、电学和磁学性能。
通过调节纳米颗粒的尺寸和形貌,可以实现对光学、电学和磁学性能的调控,从而开发出具有光电子器件、传感器和储能器件等特殊功能的纳米陶瓷材料。
此外,纳米功能陶瓷还具有优异的催化性能和生物相容性,可应用于催化剂、生物传感器和组织工程等领域。
未来,纳米功能陶瓷研究将呈现以下几个发展趋势。
首先,制备技术将更加精细和高效。
随着纳米粉体制备技术的不断进步,如溶胶-凝胶法、气相沉积法和熔盐法等,将能够实现更为精确和可控的纳米颗粒制备,并且将大大提高陶瓷材料的一致性和可靠性。
其次,纳米功能陶瓷的组装和制备技术将更加多样化和多功能化。
通过纳米颗粒的组装和排列,能够制备出具有特殊功能和性能的陶瓷材料,如光子晶体、多孔材料和复合材料等。
再次,纳米功能陶瓷的应用范围将更加广泛。
纳米功能陶瓷在石油化工、电子信息、环境治理、生物医药等领域具有广阔的应用前景,例如,用于高温气体分离膜、高效太阳能电池和生物医疗材料等。
此外,纳米功能陶瓷的可持续发展和环境友好性也将成为未来研究的重点。
研究人员将致力于开发更为环保和可持续的纳米粉体制备技术,同时通过绿色加工和循环利用降低纳米陶瓷的生产成本和对环境的影响。
总之,纳米功能陶瓷研究在材料科学领域具有重要的意义和广阔的应用前景。
随着纳米技术的不断发展和应用,在陶瓷材料领域将会涌现出更多具有特殊功能和性能的纳米陶瓷材料,从而推动纳米功能陶瓷的进一步发展。
功能陶瓷材料研究进展概述

功能陶瓷材料研究进展概述功能陶瓷材料指的是具有特殊功能的陶瓷材料,比如高温耐磨陶瓷、压电陶瓷、磁性陶瓷、热敏陶瓷等。
这些功能陶瓷材料广泛应用于电子、信息、通信、环保、医疗、军工等领域,其研究与应用已经成为一个重要的研究领域。
本文将从四个方面对功能陶瓷材料的研究进展进行概述。
一、高温耐磨陶瓷的研究进展高温耐磨陶瓷主要应用于高温、高压、高速等极端环境下的工作条件。
近年来,高温耐磨陶瓷的研究进展主要体现在以下三个方面:1、高温耐磨陶瓷的材料研究:传统的高温耐磨陶瓷材料一般为氧化铝、氮化硅、碳化硅、氧化锆等。
目前,研究人员在这些材料的制备、结构设计、织构控制等方面进行了深入研究,并开发出了一系列的新型高温耐磨陶瓷材料,比如碳化硼、碳化钨、氧化铈等,这些材料具有更好的高温、高热、高压性能。
2、高温耐磨陶瓷组件的设计与制备:高温耐磨陶瓷常用于制备涡轮叶片、燃烧室衬板、轴承等零部件。
对于这些零部件,研究人员需要进行适应性设计,以对抗不同的极端环境。
同时,在制备过程中,要求材料的制备工艺、成型方式、加工工艺等都达到高度精密化。
3、高温耐磨陶瓷的表面处理:高温耐磨陶瓷的表面处理一般包括化学处理、物理处理和机械处理。
通过这些表面处理手段,可以提高高温耐磨陶瓷的力学性能、抗氧化性能、抗腐蚀性能和防摩擦性能。
压电陶瓷是一种能将机械能转化为电能或电能转化为机械能的材料。
近年来,压电陶瓷的研究进展主要体现在以下两个方面:1、压电陶瓷材料的研究:常见的压电陶瓷材料有PZT陶瓷、BT陶瓷、PMN-PT陶瓷等。
经过不断研究,研究人员已经获得了一系列新型压电陶瓷材料,比如高温压电陶瓷、柔性陶瓷、波导陶瓷等。
这些材料具有更好的压电性能、机械性能以及抗疲劳性能。
2、压电陶瓷器件的研究:压电陶瓷器件一般包括声波器件、电场滤波器、电压传感器等。
针对不同的应用场景,研究人员需要对器件进行不同的设计,同时进行制备和测试。
磁性陶瓷是一类具有磁性的陶瓷材料,其广泛应用于电子、信息、通信、医疗等领域。
功能陶瓷材料研究进展概述

功能陶瓷材料研究进展概述
功能陶瓷材料是一种具有特定功能的陶瓷材料,可以应用于能源、电子、光电、航天
等领域。
近年来,随着科技的发展和需求的增加,功能陶瓷材料的研究进展迅速,取得了
许多重要成果。
本文将就功能陶瓷材料的研究进展进行概述。
一、氧化物功能陶瓷材料
氧化物功能陶瓷材料是一类重要的功能陶瓷材料,具有优异的电学、光学、磁学等性能。
铁电材料是一类研究热点,具有优良的铁电性能和介电性能,在传感器、存储器等方
面有广泛的应用。
近年来,研究者们不断探索新的氧化物功能陶瓷材料,如钛酸锶铋、钛酸钡钡等新型
化合物,这些新材料在铁电性能、光学性能等方面都表现出良好的性能,为功能陶瓷材料
的应用拓展了新的可能性。
氮化硅是一种具有优异性能的功能陶瓷材料,具有良好的耐高温、耐腐蚀、导热性能
等特点。
氮化硅在太阳能电池、LED散热器、半导体器件封装等方面有重要应用。
近年来,研究者们通过改变氮化硅的微观结构和组织形貌,设计制备了一系列具有优
异性能的氮化硅功能陶瓷材料,如多孔氮化硅、纳米氮化硅等,这些新型材料在光电器件、电子器件等领域有广阔的应用前景。
碳化硅是一种具有高温强度、耐腐蚀性和良好导热性能的功能陶瓷材料,近年来受到
了广泛关注。
碳化硅在航天航空、化工等领域有重要应用,尤其是在高温环境下具有独特
的优势。
除了上述三类功能陶瓷材料,近年来还涌现了许多其他类型的功能陶瓷材料,如氧化
铝陶瓷、氧化锆陶瓷、氮化硼陶瓷等,这些新型材料在电子、医疗、光学等领域有重要应用,为功能陶瓷材料的研究和应用拓展了新的空间。
功能陶瓷材料研究进展概述

功能陶瓷材料研究进展概述
功能陶瓷材料是一类具有特殊功能和性能的陶瓷材料,广泛应用于航空航天、电子信息、能源与环境、生物医药等领域。
随着科技的发展和工业的进步,功能陶瓷材料研究取得了显著的进展,本文将对功能陶瓷材料的研究进展进行概述。
氧化铝陶瓷是功能陶瓷材料中的一类重要材料。
近年来,研究人员通过改变陶瓷中的组分和控制制备工艺,成功地实现了氧化铝陶瓷的高强度、高硬度和高热导率等功能。
通过添加稀土元素和纳米颗粒等掺杂剂,可以进一步改善氧化铝陶瓷的性能,并赋予其特殊的功能,如荧光、光学和电学等性能。
氮化硅陶瓷也是功能陶瓷材料的一个子类。
氮化硅陶瓷具有优异的力学、热学和电学性能,因此在高温、高压和强腐蚀环境中具有广泛的应用前景。
研究人员通过采用反应烧结、热氮化和半固相法等制备工艺,成功合成了高纯度、致密度和均匀性的氮化硅陶瓷材料。
还通过改变陶瓷的微观结构和晶粒尺寸,进一步提高了氮化硅陶瓷的力学和热学性能。
第四,功能陶瓷材料的研究还涉及到磁性陶瓷、铁电陶瓷和压电陶瓷等材料。
磁性陶瓷具有磁化强度高、磁导率大和磁损耗小等特点,广泛应用于电子器件、传感器和数据存储等领域。
铁电陶瓷和压电陶瓷则具有显著的电学性能,能够实现电磁场的转换和控制,因此在电子器件和传感器等领域有着广泛的应用前景。
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几种功能陶瓷材料的研究与发展现状摘要功能陶瓷作为一种新型的无机非金属材料,以其优越的性能正越来越多地应用到社会生活中来,同时对于它的研究也仍在不断的深入与发展。
由于功能陶瓷材料的种类繁多,本文主要介绍了目前涉及比较广泛的铁电压电陶瓷材料,半导体陶瓷材料以及微波介质陶瓷材料的研究概况与进展。
关键词:铁电陶瓷压电陶瓷半导体陶瓷微波介质陶瓷前言功能陶瓷主要是指那些利用电磁、声、光、热、力等直接效应及其耦合效应所提供的先进陶瓷(现代陶瓷)。
功能陶瓷的发展经历了电介质陶瓷、压电铁电陶瓷、半导体陶瓷、快离子导体陶瓷、高温超导陶瓷等等一系列的过程,目前已发展成为性能多样、品种繁多、使用广泛、市场占有份额很高的一大类先进陶瓷材料。
功能陶瓷的不断开发,对科学技术的发展起了巨大的促进作用,其应用领域也随之更为广泛。
[1]目前主要用于电、磁、光、声、热和化学等信息的检测、转换、传输、处理和存储等,并已在电子信息、集成电路、计算机、能源工程、超声换能人工智能、生物工程等众多近代科技领域显示出广阔的应用前景。
当前功能陶瓷正朝着复合化,多功能化,低维化,智能化和设计、材料、工艺一体化的方向进一步的发展。
一、铁电压电陶瓷材料的研究进展[2]近年来,随着电子器件微型化、智能化的发展,各种性能优良、能满足制备体积更小电子器件的新型材料成为材料科学界的研究热点之一。
铁电压电材料因其具有独特的电学、光学和光电子学性能,在现代微电子、信息存储等方面有着广泛的应用前景,已经成为当前新型功能材料研究的热点之一,其主要可以分为以下几大类。
1、弛豫铁电体弛豫铁电体是指顺电—铁电转变,属弥散相变的铁电材料,一般为复合型化和物或固溶体。
由于弛豫型铁电体具有很高的介电常数,相对低的烧结温度和“弥散相变”得到的较低容温变化率、大的电致伸缩系数和几乎无滞后的特点,使其在多层陶瓷电容器及新型电致伸缩器件方面有着巨大的应用前景。
近年来,弛豫铁电陶瓷的研究一直是人们关注的热点。
[3]铌镁酸铅—钛酸铅单晶可以用融法长成大单晶,其压电常数d33和耦合系数k33可分别达3000pc/N和0.94,从而使单晶具有规模应用的价值;经辐照处理的聚合物聚偏氟乙烯—三氟乙烯的固溶体(P (VDF—T rFE)成为弛豫铁电体,在电场作用下具有异常大的形变量(达4%)。
这些都是压电领域中自PZT陶瓷发现以来的新突破,在驱动器、换能器、机器人等领域中有广阔的应用前景。
2、无铅压电陶瓷无铅压电陶瓷,或称环境协调性压电陶瓷,是指既具有满意的使用性能又具有良好环境协调性的一类新型功能陶瓷材料,它要求材料体系本身不含对生态环境可能造成损害的物质(特别是铅),并且在制备、使用废弃处理过程中不产生对环境可能有害的物质,以及制备工艺应具有耗能少、对环境污染小等良好的环境协调性。
[4]目前研究和开发的无铅压电陶瓷体系主要有铌酸盐系陶瓷、铋层状结构压电陶瓷、钛酸盐陶瓷等,这些体系,主要是结合掺杂、取代改性以及陶瓷植被工艺,研究和开发出的新的无铅压电陶瓷后备材料。
无铅压电陶瓷同传统压电陶瓷工艺相比有合成温度低、烧结温度低、无须密封合成和烧结、无须高温下极化等特点。
但无铅压电陶瓷的性能与铅基陶瓷相比,还存在比较大的差距。
要获得与铅基陶瓷性能相近的无铅体系,还需要进行大量的研究和开发工作。
3、压电复合材料压电复合材料是结合压电晶体、压电陶瓷和压电聚合物三类压电材料的优点所研究出来的一种新型的复合材料。
根据多年实践,[5]国外学者总结出压电复合材料设计3条原则:1)连通性原则,复合材料中各相自身连接的模式和控制系统中所加电场的量及场的分布模式。
2)对称性原则,复合材料中单个组元相的对称性及其在复合材料中排列的宏观对称性都可用于控制材料的性能。
3)尺度原则,复合材料各种能量系数的平均值决定于相关激发波长复合相的尺寸,如果波长与复合相尺寸可相比较,则可发生不寻常的共振。
[6]压电复和材料根据不同的连接类型又分为0—3型、1—3型、2—2型等,不同的连接类型中,陶瓷相和聚合物相的空间分布状态不同,将会导致电场分布的差异,而最终影响复合材料的介电性和压电性。
其中1—3型压电复合材料是目前研究和应用最广泛的一种,它是由一维连通的压电陶瓷相平行排列于三维连通的聚合物基体中而形成的两相压电复和材料。
[5]影响压电复合材料的性能的因素有很多,主要有连接类型、陶瓷含量、陶瓷空间尺寸、基体、成型工艺和极化工艺等几方面。
二、半导体陶瓷材料的研究进展半导体陶瓷是敏感元器件及传感器技术的关键材料,是迅速发展的一项高新技术,[7]它与现代信息技术、通讯技术、计算机技术密切相关,它的研究开发乃至生产,涉及到物理、化学、材料科学与工程等多种学科。
半导体陶瓷品种繁多,具有产业规模生产的主要有:热敏、气敏、湿敏、压敏及光敏电阻器等。
1、热敏热敏电阻器一般可分为正温度系数(PTC),负温度系数(NTC)和临界温度系数(CTR)三类。
[8]PTC热敏电阻器是以BaTiO2或BaTiO3固溶体为主晶相的半导体陶瓷元件。
在一定的温度范围内,其阻值随温度的增加而增加,表现出所谓的PTC效应。
按材料居里点可分为低温、高温,按阻值分可分为低阻、高阻,按使用电压可分为低压、常压和高压,按曲线陡度可分为缓变型和开关型。
PTC热敏电阻器的使用非常广泛,各种电子产品,电器设备中几乎都可以看到PTC热敏电阻元件。
NTC热敏电阻有三种不同类型的阻温特性。
一种是缓变型的热敏电阻,另一种是负温度突变型,又称为临界温度系数热敏电阻(CTR),在特定温度内,其阻值急剧下降,再一种是阻温特性为直线的陶瓷热敏元件。
[8]常温(300℃)NTC热敏陶瓷材料,大多数是尖晶石型氧化物半导体陶瓷,其中包括二元系材料及多元系材料。
二元系陶瓷材料主要有MnO-CuO-O2系、MnO-CoO-O2系、MnO-NiO-O2系等金属氧化物陶瓷。
三元系热敏陶瓷材料主要有Mn-Co-Ni系、Mn-Cu-Ni系、Mn-Cu-Co系等含Mn的金属氧化物。
也有不含Mn的NTC热敏陶瓷材料,如Cu-Ni系、Cu-Co-Ni系等。
这些氧化物按一定配比混合,经烧结后,性能稳定,可在空气中直接使用,现在各国生产的负温度系数热敏电阻器,绝大部分是用这类陶瓷制成的。
它们的电阻温度系数约为-1%~-6%/℃,工作温度在-60~-300℃之间,广泛用于测温、控温、补偿、稳压、遥控、流量流速测量及时间延迟等技术领域。
2、气敏[7]常见的气敏半导体陶瓷材料无论是n型,还是P型半导瓷,其气敏特性都是由于表面物理吸附,化学吸附或物理化学吸附引起表面能态发生改变,从而导致材料电导率的变化。
气敏陶瓷可分为电导式和电话式两类。
气敏材料主要有SnO系,Fe2O3系,V20系,V205系,ZrO2系,NiO系,CoO系及稀土过度金属氧化物系,如Ln(Ni,Co)O等。
SnO气敏传感器至今仍是应用最广和性能最优的一种,对于许多可燃气体,如氢、一氧化碳、甲烷、丙烷、乙醇、丙酮、城市煤气和天然气等都有相当高的灵敏度,并且有较高的重复性和使用寿命。
3、湿敏湿敏陶瓷是当环境温度变化导致其电性质相应变化的一类材料。
湿敏陶瓷材料大部分是利用微孔吸附水分与晶粒表面所用使电导发生变化制成湿敏传感器,利用电容量变化制成的湿敏陶瓷传感器因湿敏特性曲线的非线性变化、器件不稳定和寿命短等原因,应用范围较窄。
4、压敏压敏电阻器的特点是伏安特性呈非线性,对电压变化敏感的半导体陶瓷。
压敏电阻器的非线性伏安特性是由材料的晶界效应引起的结果,可用分立的双肖特基势垒模型等理论进行解释。
材料主晶相主要有ZnO,SiC,BaTiO3,Fe2O3,SrTiO3等。
其中BaTiO3,Fe2O3利用的是电极与烧结体界面的非欧姆性,而SiC,ZnO,SnO2,SrTiO3利用的是晶界的非欧姆特性。
目前,应用最广、性能最好的是ZnO压敏半导体陶瓷。
5、光敏半导体陶瓷在光的照射下,往往会引发其一些电性质的变化,由于陶瓷电特性的不同及光子能量的差异,可能产生光电导效应,也可能产生伏特效应。
利用这些效应,可以制造光敏电阻和光电池。
典型的产生光电导效应的光敏陶瓷有CdS、CdSe等。
典型的产生光伏特效应的光敏陶瓷有Cu2S—CdS、CdTe—CdS等。
三、微波介质陶瓷(MWDC)的研究与发展微波介质陶瓷是近二十多年来发展起来的一种新型的功能陶瓷材料。
它是指应用于微波频率(只要是300MHZ~30GH频段)电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷材料,是制造微波介质滤波器和谐振器的关键材料。
[9]它具有高介电常数、低介电损耗、温度系数小等优良性能,适于制造多种微波元器件,能满足微波电路小型化、集成化、高可靠性和低成本的要求。
随着移动通信的发展,微波介质陶瓷已成为高技术陶瓷研究的重点项目之一。
作为现代通信技术中关键基础材料的MWDC,要求相对介电常数εr高,以便于器件小型化;品质因数Q值高或解职损耗tanδ小,以保证优良的选频特性,以便用其作介质谐振器件时,器件的谐振频率的温度系数τf(τf=αε-αe,式中αe和αε分别为介质材料的线膨胀系数和介质常数的温度系数)尽可能小,从而保证器件的热稳定性。
根据相对介电常数εr的大小与使用频段的不同,[10]通常可将已被开发和正在开发的微波介质陶瓷分为低εr和高Q值的MWDC(主要是BaO—MgO—Ta2O5或BaO—MgO—Nb2O5,BaO—ZnO—Nb2O5系统或它们之间的复合系统MWDC材料)、中等εr和Q值的MWDC (主要是以BaTi4O9,Ba2Ti9O20和(Zr、Sn)TiO4等为基的MWDC材料)、高εr而Q 值较低的MWDC(主要有钨青铜结构BaOLn2O3—TiO2系列,复合钙钛矿CaO—Li2O—Ln2O3—TiO2系列,铅基钙钛矿系列)等三类。
四、小结功能陶瓷材料在民用军用等各个领域的广泛使用,使得它成为现代陶瓷材料中举足轻重的一员,无论从应用的广度还是市场占有率来看,在当前及以后相当一段时间内,其在现代陶瓷中仍将占据主导地位。
因此,功能陶瓷今后在性能方面会向着高教能、高可靠性、低损耗、多功能、超高功能以及智能化方向发展。
在设备技术方面向着多层、多相乃至超微细结构的调控与复合、低温活化烧结、立体布线、超细超纯、薄膜技术等方向发展。
随着功能陶瓷材料的不断创新与发展,它将越来越多地影响我们的生活。
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