功能陶瓷復(fù)習(xí)資料

1、功能陶瓷結(jié)課考試復(fù)習(xí)整理資料 史龍整理 第一章 緒論 1如何區(qū)別結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷材料？利用陶瓷對(duì)聲、光、電、磁、熱等物理性能所具有的特殊功能而制造的陶瓷材料稱為功能陶瓷。在工程結(jié)構(gòu)上使用的陶瓷稱為工程陶瓷，它主要在高溫下使用，也稱高溫結(jié)構(gòu)陶瓷。這類陶瓷具有在高溫下強(qiáng)度高、硬度大、抗氧化、耐腐蝕、耐磨損、耐燒蝕等優(yōu)點(diǎn)。2功能陶瓷的耦合效應(yīng)有哪些？課件p36 答：熱電效應(yīng)、壓電效應(yīng)、磁電效應(yīng)、光電效應(yīng)、聲光效應(yīng)、磁光效應(yīng)。 第二章 功能陶瓷的基本性質(zhì) 3功能陶瓷的熱學(xué)性能有哪些？了解其含義。p19-23答：（1）功能陶瓷的熱學(xué)性質(zhì)有熱容、熱膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率和抗熱沖擊性。 （2）熱容：物體溫度升高

2、1k所需要增加的熱量。 熱膨脹系數(shù)：溫度升高1而引起的體積和長度的相對(duì)變化。 熱導(dǎo)率：單位時(shí)間內(nèi)單位面積上通過的熱量與溫度梯度的比例系數(shù)。 抗熱沖擊性：指物體能承受溫度劇烈變化而不被破壞的能力。4什么是絕緣強(qiáng)度？p15答：當(dāng)作用于陶瓷材料上的電場強(qiáng)度超過某一臨界值時(shí)，它就喪失了絕緣性能，由介電狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱之為介電強(qiáng)度的破壞或介質(zhì)的擊穿，擊穿時(shí)的電場強(qiáng)度稱絕緣強(qiáng)度。5功能陶瓷的電學(xué)性質(zhì)有哪些？了解其含義。p7-15 答：（1）功能陶瓷的電學(xué)性質(zhì)有電導(dǎo)率、介電常數(shù)、介電損耗角正切值和擊穿電場強(qiáng)度。 （2）電導(dǎo)率：指在介質(zhì)中該量與電場強(qiáng)度之積等于傳導(dǎo)電流密度。 介電常數(shù)：是衡量電介

3、質(zhì)材料在電場作用下的極化行為或存儲(chǔ)電荷能力的參數(shù)。 介質(zhì)損耗角正切值：表示電介質(zhì)在交流電壓下的有功損耗和無功損耗之比，值越大，介質(zhì)損耗越大，反映了電介質(zhì)在交流電壓下的損耗性能 。額外知識(shí)點(diǎn)介質(zhì)損耗：絕緣材料在電場作用下，由于介質(zhì)電導(dǎo)和介質(zhì)極化的滯后效應(yīng)，在其內(nèi)部引起的能量損耗。 介質(zhì)損耗角：在交變電場作用下，電介質(zhì)內(nèi)流過的電流相量和電壓相量之間的夾角。 擊穿電場強(qiáng)度：當(dāng)作用于陶瓷材料上的電場強(qiáng)度超過某一臨界值時(shí)，它就喪失了絕緣性能，由介電狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱之為介電強(qiáng)度的破壞或介質(zhì)的擊穿，擊穿時(shí)的電場強(qiáng)度稱擊穿電場強(qiáng)度。 第四章 超導(dǎo)陶瓷 6什么是超導(dǎo)體？超導(dǎo)體有什么特征？約束超導(dǎo)體

4、的臨界參數(shù)有哪些？p68-69答：（1）超導(dǎo)體：處于具有特殊電性質(zhì)的物質(zhì)的超導(dǎo)狀態(tài)下的零電阻導(dǎo)體。 （2）特征是零電阻。 （3）臨界溫度tc（超導(dǎo)體從一定電阻的正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮铻榱愕某瑢?dǎo)態(tài)的溫度）；臨界磁場hc（使超導(dǎo)體從超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)的磁場）；臨界電流ic（通過超導(dǎo)體的電流密度超過某一數(shù)值jc時(shí)，超導(dǎo)體的超導(dǎo)電性就會(huì)被破壞，jc即為臨界電流密度，對(duì)應(yīng)的電流為臨界電流ic）。額外知識(shí)點(diǎn)p69超導(dǎo)體的t-h-j臨界面圖有必要記下7超導(dǎo)陶瓷的作用。p85-86答：（1）超導(dǎo)量子干涉器（squid）；（2）微波無源器件和微波有源器件；（3）利用超導(dǎo)陶瓷的約瑟夫遜效應(yīng)研制第五代計(jì)算機(jī)；（4）混頻器

5、；（5）射頻量子干涉儀；（6）磁屏蔽；（7）多層結(jié)構(gòu)；（8）超高頻天線；（9）磁通變換器；（10）用于輸配電；（11）高溫超導(dǎo)無源微波器件；（12）利用高溫超導(dǎo)陶瓷的抗磁性，進(jìn)行廢水處理、除毒、分離紅血球、抑制和殺死癌細(xì)胞、加速高能粒子等。額外知識(shí)點(diǎn)另外可以如此記：10、12加上1（在電力系統(tǒng)方面，可以用于輸配電。）2（在交通運(yùn)輸方面，可以制造磁懸浮高速列車。）3（用于電子陶瓷）共五條。8什么是第一類超導(dǎo)體？什么是第二類超導(dǎo)體？p69-70第一類超導(dǎo)體只存在一個(gè)臨界磁場hc，當(dāng)外磁場h<hc時(shí)，呈現(xiàn)完全抗磁性，體內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。第二類超導(dǎo)體具有兩個(gè)臨界磁場，分別用hc1（下臨界磁場）和

6、hc2（上臨界磁場）表示。當(dāng)外磁場h<hc1時(shí)，具有完全抗磁性，體內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度處處為零。外磁場滿足hc1與hc2之間時(shí)，超導(dǎo)態(tài)和正常態(tài)同時(shí)并存，磁力線通過體內(nèi)正常態(tài)區(qū)域，稱為混合態(tài)或渦旋態(tài)。外磁場h增加時(shí)，超導(dǎo)態(tài)區(qū)域縮小，正常態(tài)區(qū)域擴(kuò)大，hhc2時(shí)，超導(dǎo)體全部變?yōu)檎B(tài)。9半導(dǎo)體陶瓷半導(dǎo)體化的途徑？基本原理是什么？影響半導(dǎo)體化的因素是什么？p102-105答：（1）施主摻雜半導(dǎo)法。用離于半徑與ba2+相近的la3+、y3+、sb3+等三價(jià)離子置換ba2+離子;用離于半徑與ti 4+相近的nb5+ 、ta5+等五價(jià)離子置換ti 4+離子.在室溫下，上述離子電離而成為施主，向batio3提供

7、導(dǎo)帶電子（使部分ti4+eti3+），從而v為1000-100000·cm 以上的半導(dǎo)陶瓷。強(qiáng)制還原半導(dǎo)法。batio3陶瓷在真空、惰性氣氛或還原氣氛中燒成時(shí)，將生成氧空位而使部分ti4+ti3+，可制得v為1001000000·cm 的半導(dǎo)體陶瓷。ast法。當(dāng)材料中含有fe、k等受主雜質(zhì)時(shí)，不利于晶粒半導(dǎo)化。加入sio2或ast玻璃（al2o3·sio2·tio2）可以使上述有害半導(dǎo)的雜質(zhì)從晶粒進(jìn)入晶界，富集于晶界，從而有利于陶瓷的半導(dǎo)化。 （2）因素：加入物和雜質(zhì)的影響；化學(xué)計(jì)量偏離率的影響；燒成條件和冷卻條件的影響。 第五章 電介質(zhì)陶瓷 10電介質(zhì)

8、陶瓷是如何分類的？p89答：（1）根據(jù)不同的用途分類，有鐵電解質(zhì)陶瓷、高頻介質(zhì)陶瓷、半導(dǎo)體介質(zhì)陶瓷、反鐵電介質(zhì)陶瓷、微波介質(zhì)陶瓷和獨(dú)石結(jié)構(gòu)介質(zhì)陶瓷等。 （2）根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)分為i類陶瓷介質(zhì)（用于制造高頻電路中使用的陶瓷電容器）、ii類陶瓷介質(zhì)（用于制造低頻電路中使用的陶瓷電容器）和iii類陶瓷介質(zhì)（也稱半導(dǎo)體陶瓷介質(zhì)，主要用于制造汽車、電子計(jì)算機(jī)等電路中要求體積小的陶瓷電容器，其特點(diǎn)是介電常數(shù)約為7000-幾十萬以上）。 11介電陶瓷、壓電陶瓷、熱釋電陶瓷和鐵電陶瓷之間的相互聯(lián)系和區(qū)別？答：聯(lián)系：鐵電陶瓷包含于熱釋電陶瓷，熱釋電陶瓷包含于壓電陶瓷，壓電陶瓷包含于介電陶瓷。區(qū)別：介電陶瓷：在電場作

9、用下具有電極化能力。壓電陶瓷：機(jī)械作用(應(yīng)力與應(yīng)變)引起了晶體的極化，從而導(dǎo)致介質(zhì)兩端表面出現(xiàn)相反的束縛電荷。熱釋電陶瓷：溫度變化時(shí)，引起電介質(zhì)自發(fā)極化，產(chǎn)生表面的束縛電荷，且未被外界自由電荷所補(bǔ)償。鐵電陶瓷：某些電介質(zhì)可自發(fā)極化，在外電場作用下自發(fā)極化能重新取向。 12batio3鐵電陶瓷老化的含義是什么？p97答：batio3基鐵電陶瓷介質(zhì)在燒成后，其和tg隨著存放時(shí)間的推移而逐漸減少。 第六章 壓電陶瓷 13壓電陶瓷居里溫度是什么？試分析鈦酸鋇陶瓷在居里溫度上或下的結(jié)構(gòu)。答：（1）壓力陶瓷居里溫度：指材料可以在鐵磁體和順磁體之間改變的溫度，即鐵電體從鐵電相轉(zhuǎn)變成順電相引的相變溫度。 （2

10、）鈦酸鋇晶體有4種結(jié)構(gòu),分別為立方相、四方相、正交相和三方相。在居里溫度(tc,403k)以上為立方相,隨著溫度的降低,發(fā)生從立方相到四方相到正交相再到三方相的連續(xù)相變,相變溫度分別為403k、298k、183k，及居里溫度以下為四方相、正交相和三方相。高溫立方相為順電相，其余三個(gè)相都為鐵電相。 14鐵電體的主要特征？p149答：具有自發(fā)極化的性質(zhì)，其極化方向在電場作用下可以轉(zhuǎn)動(dòng)。15什么是壓電效應(yīng)？什么樣的晶體才有壓電效應(yīng)？答：（1）如果對(duì)壓電材料施加壓力，它便會(huì)產(chǎn)生電位差（稱之為正壓電效應(yīng)），反之施加電壓，則產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力（稱為逆壓電效應(yīng)）。 （2）材料的壓電效應(yīng)取決于晶體結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性，晶

11、體必須有極軸，才有壓電效應(yīng)。額外知識(shí)點(diǎn)壓電陶瓷泛指壓電多晶體。在這種陶瓷的晶粒之中存在鐵電疇，鐵電疇由自發(fā)極化方向反向平行的180 疇和自發(fā)極化方向互相垂直的90疇組成，這些電疇在人工極化（施加強(qiáng)直流電場）條件下，自發(fā)極化依外電場方向充分排列并在撤消外電場后保持剩余極化強(qiáng)度，因此具有宏觀壓電性。壓電晶體一般指壓電單晶體，是指按晶體空間點(diǎn)陣長程有序生長而成的晶體。這種晶體結(jié)構(gòu)無對(duì)稱中心，因此具有壓電性。16表示壓電性質(zhì)的參數(shù)是什么？p151-153答：壓電電荷系數(shù)壓電電壓系數(shù)壓電應(yīng)力系數(shù)壓電勁度系數(shù)等靜壓壓電電荷系數(shù)。17什么是電疇？和磁疇的區(qū)別？答：（1）電疇：晶胞自發(fā)極化方向取向不同，在晶體

12、中出現(xiàn)自發(fā)極化方向一致的小區(qū)域。 （2）相鄰兩個(gè)電疇之間只能是90°或180°，但是相鄰兩個(gè)磁疇沒有角度要求。額外知識(shí)點(diǎn)磁疇：是指磁性材料內(nèi)部的一個(gè)個(gè)小區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)部包含大量原子，這些原子的磁矩都象一個(gè)個(gè)小磁鐵那樣整齊排列，但相鄰的不同區(qū)域之間原子磁矩排列的方向不同。 第七章 敏感陶瓷 18敏感陶瓷有哪幾種？氣敏陶瓷的功能機(jī)理？壓敏陶瓷的功能機(jī)理？p174-225答：（1）分為熱敏陶瓷、壓敏陶瓷、氣敏陶瓷、光敏陶瓷和氧化鋯半導(dǎo)體陶瓷。 （2）氣敏陶瓷功能機(jī)理：半導(dǎo)體氣敏陶瓷的導(dǎo)電機(jī)理主要有能級(jí)生成理論和接觸粒界勢壘理論。按能級(jí)生成理論，當(dāng)sno2、zno等n型半導(dǎo)體陶瓷

13、表面吸附還原性氣體時(shí)，氣體將電子給予半導(dǎo)體，并以正電荷與半導(dǎo)體相吸，而進(jìn)入n型半導(dǎo)體內(nèi)的電子又束縛少數(shù)載流子空穴，使空穴與電子的復(fù)合率降低，增大電子形成電流的能力，使陶瓷電阻值下降；當(dāng)n型半導(dǎo)體陶瓷表面吸附氧化性氣體時(shí)，氣體將其空穴給予半導(dǎo)體，并以負(fù)離子形式與半導(dǎo)體相吸，而進(jìn)入n型半導(dǎo)體內(nèi)的空穴使半導(dǎo)體內(nèi)的電子數(shù)減少，因而陶瓷電阻值增大。接觸粒界勢壘理論則依據(jù)多晶半導(dǎo)體能帶模型，在多晶界面存在勢壘，當(dāng)界面存在氧化性氣體時(shí)勢壘增加，存在還原性氣體時(shí)勢壘降低，從而導(dǎo)致阻值變化。 （3）壓敏陶瓷功能機(jī)理：當(dāng)電壓低于某一臨界值（閥值電壓）之前，變阻器阻值非常高，其作用接近于絕緣體（其i-v 關(guān)系服從歐

14、姆定律）；當(dāng)電壓超過臨界值時(shí)，電阻就會(huì)急劇減少，其作用又相當(dāng)于導(dǎo)體（其i-v 關(guān)系為非線性）。19熱敏陶瓷的分類？p174答：可分為熱敏電阻、熱敏電容、熱電和熱釋電等陶瓷材料。 第八章 磁性陶瓷材料 20鐵磁材料的主要效應(yīng)有哪些？課件p22-24答：磁致伸縮（鐵磁性和亞鐵磁性材料磁化時(shí)，在磁化方向所發(fā)生的伸長或縮短現(xiàn)象稱為磁致伸縮。）；法拉第效應(yīng)（當(dāng)一束線偏振電磁波通過適當(dāng)?shù)目v向磁化介質(zhì)時(shí)，電磁波的偏振面將正向或反向偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角正比于波束通過的介質(zhì)厚度d和介質(zhì)的磁化強(qiáng)度m，即kmd）；克爾效應(yīng)（一束偏振光被拋光的磁極表面反射后，其偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角正比于材料的磁化強(qiáng)度m，m，常數(shù)。；維拉爾

15、效應(yīng)（強(qiáng)磁材料在力的作用下，其磁化率將發(fā)生變化。）；磁熱效應(yīng)（在絕熱條件下，鐵磁材料受到突然增加的磁場作用時(shí)，材料的溫度升高。）。21材料被磁化難易程度以什么來劃分？用什么來表示其磁性的大??？p5答：（1）磁化強(qiáng)度m和磁場強(qiáng)度h存在如下關(guān)系：mxh ，x稱為磁體的磁化率，材料被磁化難易程度根據(jù)磁化率x來劃分，分為順磁、抗磁及鐵磁三大類。 （2）定義r（1x）為相對(duì)磁導(dǎo)率，用磁導(dǎo)率來表示其磁性的大小。22磁性材料的分類？什么是軟磁鐵氧體、硬磁鐵氧體？它們代表材料是什么？課件p38、p53答：（1）磁性材料的分類：軟磁材料、硬磁材料、磁記錄材料和其他磁性材料（超磁性致伸縮材料、巨磁電阻材料、巨磁強(qiáng)

16、化材料、磁光效應(yīng)材料）。 （2）軟磁鐵氧體是在較弱的磁場作用下，很容易被磁化也容易退磁的一類鐵氧體材料。典型代表：錳鋅鐵氧體mnznfe2o4鎳鋅鐵氧體niznfe2o4 硬磁鐵氧體又稱永磁鐵氧體或恒磁鐵氧體，是一種磁化后不易退磁，能長期保持磁性的鐵氧體，一般作為恒穩(wěn)磁場源。典型代表：磁鉛石型通式：m0.6f2o3 （mpb、ba、sr）23鐵氧體晶體結(jié)構(gòu)有哪些？課件p26答：尖晶石型鐵氧體、六方晶系鐵氧體、石榴石鐵氧體、鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵氧體。24試分析鐵磁體的磁滯回線？課件p19答：鐵磁材料在外磁場h 作用下，各磁疇隨著磁場增加向著外磁場方向轉(zhuǎn)變，磁感應(yīng)強(qiáng)度增加。當(dāng)磁疇全部轉(zhuǎn)向形成一個(gè)單磁疇體時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到飽和bs，磁場減少到零時(shí)。有剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度br，只有加一矯頑力（磁場）才能消除。 第九章 生物陶瓷和復(fù)合陶瓷 25生物陶瓷的作用？答：生物陶瓷除用于測量、診斷治療等外，主要是用作生物硬組織的代用材料?？捎糜诠强啤⒄瓮饪?、牙科、口腔外科、心血管外科、眼外科、耳鼻喉科及普通外科等方面。生物陶瓷，指與生物體或生物化學(xué)有關(guān)的新型陶瓷。包括精細(xì)陶瓷、多孔陶瓷、某些玻璃和單晶。根據(jù)使用情況，生物