【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 2021/11/10 50 4．高壓電容器陶瓷 鈦酸鋇陶瓷材料雖具有高介電常數(shù)，但在高壓下使用時(shí)其介電常數(shù)隨電壓的變化較大，這主要是由于 BaTiO3的鐵電特性影響。 鈦酸鍶陶瓷的介電常數(shù)雖比 BaTiO3陶瓷低，但其絕緣性能卻好得多，而且其介電常數(shù)隨電壓的變化小，介電損耗亦小。 這類電容器廣泛應(yīng)用于電視機(jī)、雷達(dá)高壓電路及避雷器、斷路器等方面。 2021/11/10 51 1) 低溫?zé)Y(jié)電容器陶瓷 鐵電陶瓷的主要用途之一是制作高電容率的電容器。 通常用 BaTiO3為基的陶瓷制作疊層式電容器，一般需高溫?zé)Y(jié)，但高溫金屬電極材料存在問(wèn)題。 2. 鐵電陶瓷材料 2021/11/10 52 近年開發(fā)了許多低溫?zé)Y(jié)的材料系統(tǒng)。如添加 MnO2的 (Mg1/3 Nb1/3)O3，其燒結(jié)溫度比 BaTiO3低 200－ 250℃ ，介電常數(shù)則相差不大。 為了降低電容器的價(jià)格，盡可能少用 Pt和 Pb等貴金屬，大量采用 Ag作為內(nèi)電極，以獲得較好的經(jīng)濟(jì)效果。 2. 鐵電陶瓷材料 2021/11/10 53 2) 透明鐵電陶瓷 陶瓷是將金屬氧化物為主的粉末置于高溫下燒結(jié)而成的。 它的顯微結(jié)構(gòu)由細(xì)小的晶粒所構(gòu)成，由于氣孔相、晶界和雜質(zhì)相的散射是不透明的。 2. 鐵電陶瓷材料 2021/11/10 54 Al2O3， MgO， Y2O3， BeO， ThO2都己制成透明陶瓷， 唯有 PLZT透明陶瓷 具有 鐵電壓電性能 。 2. 鐵電陶瓷材料 近年來(lái)由于陶瓷制造工藝的發(fā)展，出現(xiàn)了熱壓法、微細(xì)粉末精制法等可以控制其顯微結(jié)構(gòu)和晶界性質(zhì)的方法，使之成為透明陶瓷。 2021/11/10 55 PLZT陶瓷 材料可利用控制材料組成來(lái)自由地調(diào)整其電光性質(zhì)。由于很容易制成任意形狀和大小的元件，故適合于大量生產(chǎn)和加工，與電光晶體相比，價(jià)格相當(dāng)便宜。 因此，它是一種應(yīng)用上具有多種優(yōu)良性能的材料，目前正大量研究光信息處理用的功能元件。即光調(diào)制元件、光閘、光開關(guān)、圖像顯示元件和圖像轉(zhuǎn)換元件等。 2. 鐵電陶瓷材料 2021/11/10 56 氣敏陶瓷的電阻值將隨其所處環(huán)境的氣氛而變，不同類型的氣敏陶瓷，將對(duì)某一種或某幾種氣體特別敏感，其阻值將隨該種氣體的濃度 (分壓力 )作有規(guī)則的變化。 其檢測(cè)靈敏度通常為百萬(wàn)分之一的量級(jí)，個(gè)別可達(dá)十億分之一的量級(jí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)動(dòng)物的嗅覺(jué)感知度，故有“ 電子鼻 ”之稱。 四、主要功能陶瓷 1. 氣敏陶瓷 2021/11/10 57 氣敏陶瓷一般都是某種類型的金屬氧化物，通過(guò)摻雜或非化學(xué)計(jì)量比的改變而使其半導(dǎo)化。 其氣敏特性，大多通過(guò)待測(cè)氣體在陶瓷表面附著，產(chǎn)生某種化學(xué)反應(yīng) (如氧化、還原反應(yīng) )、與表面產(chǎn)生電子的交換(俘獲或釋放電子 )等作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這種氣敏現(xiàn)象稱為 表面過(guò)程 。 盡管這種表面過(guò)程在不同的陶瓷及不同的氣氛中作用不盡相同，但大多與陶瓷表面氧原子 (離子 )的活性 (結(jié)合能 )密切相關(guān)。 2021/11/10 58 ? 氣體與敏感陶瓷的作用部位通常只限于表面，故其敏感特性如電阻值與吸收氣體濃度的關(guān)系，就和敏感體的燒結(jié)形式 (幾何形狀 )關(guān)系甚大。 ? 常見(jiàn)的有薄膜型、厚膜型和多孔燒結(jié)體型。 ? 盡管三種敏感體的工藝差別較大，但從顯微結(jié)構(gòu)上看，它們都屬多晶、多相體系。 2021/11/10 59 常見(jiàn)氣敏陶瓷： SnO2氣敏陶瓷 是目前應(yīng)用最廣泛的材料，可摻雜 Pd，In， Ga， GeO2等活性物質(zhì)提高其靈敏度。 另外可添加 A12O3， Sb2O3， MgO， CaO等添加物以改善其燒結(jié)、老化及吸附等特性。 SnO2氣敏陶瓷對(duì)可燃性氣體，如氫、甲烷、丙烷、乙醇、丙酮、一氧化碳、城市煤氣、天然氣都有較高的靈敏度。 2021/11/10 60 ZnO也是很重要的氣敏材料，摻以 Pt和 Pd催化劑后，可提高其靈敏度。 摻 Pt后對(duì)丁烷和丙烷等氣體的靈敏度高，而摻 Pd 后對(duì)氫和 CO的靈敏度高。 2021/11/10 61 ZnO與 V－ Mo－ A12O3催化劑組合后，檢測(cè)氟里昂氣體比一般的氣敏傳感器的靈敏度高。 但長(zhǎng)期使用后，催化劑層會(huì)發(fā)生變化，連續(xù)使用400h后則逐漸退化，靈敏度開始降低。 不用催化劑的 ZnO傳感器對(duì)氟里昂氣體的靈敏度很低。 2021/11/10 62 γ－ Fe2O3氣敏陶瓷主要用于檢測(cè)異丁烷氣體和石油液化氣。 它是利用 γFe2O3和 Fe3O4之間的氧化還原過(guò)程中， Fe 3+和 Fe 2+轉(zhuǎn)變時(shí)的電子變換檢測(cè)還原性氣體。 γFe2O3和 αFe2O3有很高的電阻率， Fe3O4電阻率 很低，因此在 γFe2O3和 Fe3O4間發(fā)生氧化還原反應(yīng)轉(zhuǎn)變時(shí)，由于 Fe 3+ 和 Fe 2+ 之間的電子交換，利用此種特性進(jìn)行還原氣體的檢測(cè)。 當(dāng) γFe2O3接觸還原性氣體時(shí)，則轉(zhuǎn)變?yōu)?Fe3O4，電阻大大降低，因而出現(xiàn)氣敏特性。 2021/11/10 63 ZrO2氣敏陶瓷主要用于氧氣的檢測(cè)。 它是靠被測(cè)氣體和參比氣體 (空氣 )處于氣敏陶瓷兩側(cè)，按照濃差電池的原理，由子兩側(cè)氧的活性濃度或分壓的不同，因而形成化學(xué)勢(shì)的差異，使高濃度一側(cè)的氧通過(guò)氣敏陶瓷中的氧空位以 O 2離子的狀態(tài)向低濃度一側(cè)遷移，形成 O 2 離子電導(dǎo)，在陶瓷兩側(cè)產(chǎn)生氧濃差電勢(shì)。 2021/11/10 64 添加 Y2O3， CaO改性的 ZrO2陶瓷，使用溫度可達(dá) 500度以上，一般用于金屬冶煉、鋼水的氧氣檢測(cè)、汽車排氣系統(tǒng)中。 因此要求這類陶瓷要具有良好的耐熱沖擊性能。 2021/11/10 65 2. 濕敏陶瓷 水分在一般物質(zhì)表面的附著量，以及潮氣在木材、布匹、煙草等多孔性或微粒狀物質(zhì)中的吸收情況，與大氣的濕度密切相關(guān)。 合適的濕度對(duì)于生物、生活、生產(chǎn)都非常重要，因此濕度的測(cè)量、控制與調(diào)節(jié)，對(duì)于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象環(huán)衛(wèi)、醫(yī)療健康、生物食品、貨物儲(chǔ)運(yùn)、科技國(guó)防等領(lǐng)域均具有十分重要的意義。 2021/11/10 66 17世紀(jì)，人們發(fā)現(xiàn)隨著大氣濕度的變化，人的頭發(fā)會(huì)出現(xiàn)伸長(zhǎng)或縮短的現(xiàn)象，由此制成毛發(fā)濕度計(jì)。 18世紀(jì)時(shí)，人們利用水分向大氣蒸發(fā)時(shí)必須吸收潛熱的效應(yīng)，研制成干濕球濕度計(jì)。 上述濕度計(jì)都屬于濕度的非電測(cè)量方法，其主要缺點(diǎn)是靈敏度、準(zhǔn)確性和分辨率等特性都不夠高，且難于和現(xiàn)代的指示、記錄與控制設(shè)備直接相連。 2021/11/10 67 敏感機(jī)理：與氣敏陶瓷的異同： 同 ：兩者都屬表面作用過(guò)程 異 ： 1) 氣敏要研究多種氣體的作用；而