功能陶瓷ppt課件(已修改)
2025-05-18 12:06 本頁面
【正文】 特種陶瓷材料及工藝 授課教師：蔣百靈 教授 材料科學(xué)與工程學(xué)院 、電解質(zhì)陶瓷 、鐵電陶瓷 、敏感陶瓷 、導(dǎo)電陶瓷 、超導(dǎo)陶瓷 、磁性陶瓷 、陶瓷的金屬化和封接 第三章、功能陶瓷 功能材料：在材料應(yīng)用中，主要利用其非力學(xué)性能時(shí)，則統(tǒng)稱此類材料為功能材料。所謂非力學(xué)性能，包括材料的電、磁、光、熱、化學(xué)、核性能和生物學(xué)等方面的性能。功能陶瓷不僅在功能材料中占有十分重要的地位，且 功能陶瓷占整個(gè)特種陶瓷制品銷售量的 80%，而電磁功能陶瓷又要占到功能陶瓷的 80%以上。功能陶瓷已在能源開發(fā)、空間技術(shù)、電子技術(shù)、傳感技術(shù)、激光技術(shù)、光電子技術(shù)、紅外技術(shù)、生物技術(shù)、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 第三章、功能陶瓷 電介質(zhì)陶瓷 電介質(zhì)陶瓷：從電性能的角度分類，可將固體材料分為超導(dǎo)體、導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體（各自的電阻率界限是多少？各寫出三個(gè)物質(zhì)的名稱 — 留為作業(yè)自查資料?。。?， 絕緣體（材料）亦稱電介質(zhì)。電介質(zhì)陶瓷即是指電阻率大于 108（ 8次方） Ωm 的陶瓷材料，能承受較強(qiáng)的電場而不被擊穿。 1）電絕緣與極化 電介質(zhì)陶瓷中的分子正負(fù)電荷彼此強(qiáng)烈地束縛，在弱電場的作用下，雖然正電荷沿電場方向移動(dòng)，負(fù)電荷逆電場方向移動(dòng)，但它們并不能掙脫彼此的束縛而形成電流，因而具有較高的 體積電阻率 ，具有絕緣性。由于電荷的移動(dòng)，造成了正負(fù)電荷中心不重合，在電介質(zhì)陶瓷內(nèi)部形成偶極距，產(chǎn)生了極化。 2）極化與介電損耗 電介質(zhì)陶瓷的另一特性是介電損耗。任何電介質(zhì)在電場作用下，總會(huì)或多或少的把部分電能轉(zhuǎn)變成熱能使介質(zhì)發(fā)熱，在單位時(shí)間內(nèi)因發(fā)熱而消耗的能量稱為損耗功率或簡稱介電損耗。 電介質(zhì)陶瓷 電介質(zhì)陶瓷在靜電場或交變電場中使用，評價(jià)其特性主要指標(biāo)有 體積電阻率、介電常數(shù)和介電損耗 等參數(shù)。根據(jù)這些參數(shù)的不同，可把電介質(zhì)陶瓷分為 電絕緣陶瓷 即裝置陶瓷和 電容器陶瓷 。按性質(zhì)分別稱為壓電陶瓷、熱釋電陶瓷和鐵電陶瓷。 1）電絕緣陶瓷 電絕緣陶瓷又稱為裝置陶瓷，是在電子設(shè)備中作為安裝、固定、支撐、保護(hù)、絕緣、隔離及連接各種無線電子原件及器件的陶瓷材料。具有以下性質(zhì)； a 高的體積電阻率，b 介電常數(shù)小 ， c 高頻電場下的介電損耗要小， d 機(jī)械強(qiáng)度高 ， e 良好的化學(xué)穩(wěn)定性 電介質(zhì)陶瓷 2) 電容器陶瓷 根據(jù)陶瓷電容器所采用陶瓷材料的特點(diǎn)，電容器分為溫度補(bǔ)償，溫度穩(wěn)定，高介電常數(shù)和半導(dǎo)體系四種類型。 若按制造這些陶瓷電容器的材料性質(zhì)也可分為四大類。第一類 為非鐵電電容器陶瓷，其特點(diǎn)是高頻損耗小，在使用的溫度范圍內(nèi)介電常數(shù)隨溫度變化而呈線性變化。因此又稱熱補(bǔ)償電容器陶瓷。 第二類 為鐵電電容器陶瓷，其特點(diǎn)是介電常數(shù)呈非線性且值高。又稱強(qiáng)介電常數(shù)電容器陶瓷。 第三類 為反鐵電電容器陶瓷。 第四類 為半導(dǎo)體電容器陶瓷。 電介質(zhì)陶瓷 2) 電容器陶瓷 用于制造電容器的陶瓷材料在性能上有如下要求； ① 介電常數(shù)應(yīng)盡可能高。介電常數(shù)越高，陶瓷電容器的 體積可以做得越小。 ② 在高頻、高溫、高壓以及其它惡劣環(huán)境下穩(wěn)定可靠。 ③ 介質(zhì)損耗角正切值小。這樣可以在高頻電路中充分發(fā)揮作用，對于高功率陶瓷電容器，能提高無功功率。 ④ 比體積電阻高于 1010Ωm ，這樣可保證在高溫下工作。 ⑤ 高的介電強(qiáng)度，陶瓷電容器在高壓和高功率條件下，往往由于擊穿而不能工作。因此提高它的耐壓性能，對充分發(fā)揮陶瓷的功能有重要的作用。 電介質(zhì)陶瓷 電介質(zhì)陶瓷的性能及分類 3）壓電陶瓷 概念： 壓電效應(yīng) 、熱釋電效應(yīng)、鐵電效應(yīng) 電介質(zhì)陶瓷中的第三大類即為壓電陶瓷，它包括壓電陶瓷、熱釋電陶瓷和鐵電陶瓷三種。 電介質(zhì)陶瓷 、性能及應(yīng)用 1）電絕緣陶瓷的生產(chǎn)特點(diǎn) 電絕緣陶瓷的性能，主要強(qiáng)調(diào)三個(gè)方面，即高體積電阻率、低介電常熟和低介電損耗。除此之外，還要求具有一定的機(jī)械強(qiáng)度。 陶瓷材料是晶相、玻璃相及氣相組成的多相系統(tǒng)，其電學(xué)性能主要取決于晶相和玻璃相的組成和結(jié)構(gòu)，尤其是晶界玻璃相中的雜質(zhì)濃度較高，且在組織結(jié)構(gòu)形成連續(xù)相， 所以陶瓷的電絕緣性和介電損耗性主要受玻璃相的影響。 電介質(zhì)陶瓷 、性能及應(yīng)用 1)電絕緣陶瓷的生產(chǎn)特點(diǎn) 通常陶瓷材料的導(dǎo)電機(jī)制為離子導(dǎo)電。離子導(dǎo)電又可分為本征離子導(dǎo)電、雜質(zhì)離子導(dǎo)電和玻璃離子導(dǎo)電。要獲得高體積電阻率的陶瓷材料，必須在工藝上考慮以下幾點(diǎn)； ① 選擇體積電阻率高的晶體材料為主要相。② 嚴(yán)格控制配方，避免雜質(zhì)離子，尤其是堿金屬和堿土金屬離子的引入，在必須引入金屬離子時(shí)，充分利用中和效應(yīng)和壓抑效應(yīng)，以降低材料中玻璃相的電導(dǎo)率。③ 由于玻璃的電導(dǎo)活化能小，因此應(yīng)盡可能控制玻璃相的數(shù)量，甚至達(dá)到無玻璃相燒結(jié)。④ 避免引入變價(jià)金屬離子，以免產(chǎn)生自由電子和空穴，引起電子式導(dǎo)電，使電性能惡化。⑤ 嚴(yán)格控制溫度和氣氛，以免產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)而出現(xiàn)自由電子可空穴。⑥ 當(dāng)材料中已
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