功能陶瓷ppt課件(編輯修改稿)
2025-06-02 12:06 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電陶瓷在交變電場(chǎng)的作用下，會(huì)產(chǎn)生交替的伸長(zhǎng)和收縮，從而形成與激勵(lì)電場(chǎng)頻率相一致的受迫機(jī)械振動(dòng)。對(duì)于具有一定形狀、大小和被覆工作電極的壓電陶瓷體稱為壓電陶瓷振子。彈性常數(shù)是反映材料在彈性形變范圍內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系的物理量。 ② 機(jī)械品質(zhì)因數(shù)（ mechanical quality factor）：機(jī)械品質(zhì)因數(shù)也是衡量壓電陶瓷材料的一個(gè)重要參數(shù)。它表示在振動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)，材料內(nèi)部能量消耗的程度。機(jī)械品質(zhì)因數(shù)越大，能量的損耗越小。產(chǎn)生損耗的原因在于內(nèi)摩擦。 鐵電陶瓷 壓電陶瓷的生產(chǎn)工藝 壓電陶瓷生產(chǎn)的主要工藝流程：配料 球磨 過(guò)濾、干燥 預(yù)燒 二次球磨 過(guò)濾、干燥 過(guò)篩 成型 排塑 燒結(jié) 精修 上電極 燒銀 極化 測(cè)試。 ① 原料處理 首先，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式配料。所用的原料大多數(shù)是金屬氧化物，少數(shù)也可用碳酸鹽。為使生成壓電陶瓷的化學(xué)反應(yīng)順利進(jìn)行，要求原料細(xì)度一般不超過(guò) 2?m（平均直徑）。提高原料純度，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量。 鐵電陶瓷 壓電陶瓷的生產(chǎn)工藝 ② 預(yù)燒中的反應(yīng)過(guò)程 預(yù)燒過(guò)程一般需經(jīng)過(guò)四個(gè)階段：線性膨脹（室溫 400℃ ），固相反應(yīng)（ 400750℃ ），收縮（ 750850℃ ），和晶粒生長(zhǎng)（ 800900℃ 以下）。 ③ 成型和排塑 原料經(jīng)預(yù)燒后，就合成了固溶體化合物。再經(jīng)一次粉碎，便可成型。成型可根據(jù)不同的要求采用軋膜、壓型或等靜壓等方式。成型之前需加入粘合劑。對(duì)軋膜的情況，粘合劑一般是粉料質(zhì)量的 1520%；對(duì)壓型的情況，只需加 5%左右。過(guò)多的粘合劑會(huì)使制品的致密度降低。成型后生坯中的粘合劑、水分等必須加溫排去，成為排塑或排膠。 鐵電陶瓷 壓電陶瓷的生產(chǎn)工藝 ④ 上電極 排塑后的生坯重新裝爐燒結(jié)。燒成的陶瓷經(jīng)精修、研磨、清潔后，就可以被覆上電極。被覆電極一般采用涂布銀漿烘干，然后裝爐，加熱到 750℃ ，保溫 1020分鐘，使銀漿中的氧化銀還原為銀，并燒滲到陶瓷表面，形成牢固結(jié)合層。也可采用真空蒸鍍或化學(xué)沉積等辦法來(lái)被電極。被上電極的產(chǎn)品便可進(jìn)行人工極化處理。 ⑤ 影響燒結(jié)的因素 影響燒結(jié)的因素很多。首先是配方的化學(xué)組成，當(dāng)配方組成中有足夠的活動(dòng)離子時(shí)，燒結(jié)容易進(jìn)行。 ⑥ 極化 壓電陶瓷必須經(jīng)過(guò)極化后才有壓電性。極化就是在直流電場(chǎng)作用下使電疇沿電場(chǎng)方向取向。 鐵電陶瓷 壓電陶瓷的應(yīng)用 目前，壓電陶瓷的應(yīng)用已日益廣泛，但仍可大致分為壓電振子和壓電換能器兩大類。前者主要是利用振子本身的諧振特性，要求壓電、介電、彈性等性能穩(wěn)定，機(jī)械品質(zhì)因數(shù)高。后者主要是將一種能量形式轉(zhuǎn)換成另一種能量形式，要求機(jī)電耦合系數(shù)和品質(zhì)因數(shù)高。 典型的壓電陶瓷有鈦酸鋇系、鈦酸鉛等。 鐵電陶瓷 敏感陶瓷 敏感陶瓷的分類及應(yīng)用 敏感陶瓷是某些傳感器中的關(guān)鍵材料之一，用于制作敏感元件，敏感陶瓷多屬半導(dǎo)體陶瓷，是繼單晶半導(dǎo)體材料之后，又一類新型多晶半導(dǎo)體電子陶瓷。敏感陶瓷用于制造敏感元件， 是根據(jù)某些陶瓷的電阻率、電動(dòng)勢(shì)等物理量對(duì)熱、濕、光、電壓及某種氣體、某種離子的變化特別敏感這一特性 ，按其相應(yīng)的特性，可把這些材料分別稱作熱敏、濕敏、光敏、壓敏、氣敏及離子敏感陶瓷。此外，還有具有壓電效應(yīng)的壓力、位置、速度、聲波敏感陶瓷，具有鐵氧體性質(zhì)的磁敏感陶瓷及具有多種敏感特性的多功能敏感陶瓷等。這些陶瓷已廣泛應(yīng)用于工業(yè)檢測(cè)、控制儀器、交通運(yùn)輸系統(tǒng)、汽車、機(jī)器人、防止公害、防災(zāi)、公安及家用電器等領(lǐng)域。 敏感陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能 陶瓷是由晶粒、晶界、氣孔組成的多相系統(tǒng)，通過(guò)人為摻雜，造成晶粒表面的組分偏離，在晶粒表面產(chǎn)生固溶、偏析及晶格缺陷；在晶界處產(chǎn)生異質(zhì)相的析出、雜質(zhì)的聚集、晶格缺陷及晶格各種異性等。這種晶粒邊界層的組成、結(jié)構(gòu)變化，顯著改變了晶界的電性能，從而導(dǎo)致整個(gè)陶瓷電氣性能的顯著變化 （產(chǎn)生敏感特性的機(jī)理）。 敏感陶瓷 敏感陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能 目前已獲得實(shí)用的半導(dǎo)體陶瓷可分為： （ 1）主要利用晶粒本身的性質(zhì)，（ 2）主要利用晶界和晶粒間析出的性質(zhì)，（ 3）主要利用陶瓷的表面性質(zhì)等三種類型。有代表性的應(yīng)用舉例如下： （ 1）主要利用晶體本身的性質(zhì)： NTC熱敏電阻、高溫?zé)崦綦娮?、氧氣傳感器? （ 2）主要利用晶界性質(zhì)的： PTC熱敏電阻、 ZnO系壓敏電阻。 （ 3）主要利用表面性質(zhì)的： 各種氣體傳感器、溫度傳感器。 敏感陶瓷 敏感陶瓷的半導(dǎo)體化過(guò)程 敏感陶瓷絕大部分是由各種氧化物組成的，由于這些氧化物多數(shù)具有比較寬的禁帶，在常溫下它們都是絕緣體，要使它們變?yōu)榘雽?dǎo)體， 需要一個(gè)半導(dǎo)體化的過(guò)程。所謂半導(dǎo)化，就是指在禁帶中形成附加能級(jí)：施主能級(jí)或受主能級(jí)。一般來(lái)說(shuō)，這些施主能級(jí)多數(shù)是靠近導(dǎo)帶底的，而受主能級(jí)多數(shù)是靠近價(jià)帶頂?shù)?。即它們的電離能一般比較小，在室溫下就可以受到熱激發(fā)產(chǎn)生導(dǎo)電載流子，從而形成半導(dǎo)體。形成附加能級(jí)主要有兩個(gè)途徑：不含雜質(zhì)的氧化物主要通過(guò)化學(xué)計(jì)量比偏離來(lái)形成；而含雜質(zhì)的氧化物附加能級(jí)的形成還與雜質(zhì)缺陷有關(guān)。
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