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功能陶瓷结课考试复习整理资料 史龙整理 第一章 绪论 1如何区别结构陶瓷和功能陶瓷材料？利用陶瓷对声、光、电、磁、热等物理性能所具有的特殊功能而制造的陶瓷材料称为功能陶瓷。在工程结构上使用的陶瓷称为工程陶瓷，它主要在高温下使用，也称高温结构陶瓷。这类陶瓷具有在高温下强度高、硬度大、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损、耐烧蚀等优点。2功能陶瓷的耦合效应有哪些？课件P36 答：热电效应、压电效应、磁电效应、光电效应、声光效应、磁光效应。 第二章 功能陶瓷的基本性质 3功能陶瓷的热学性能有哪些？了解其含义。P19-23答：（1）功能陶瓷的热学性质有热容、热膨胀系数、热导率和抗热冲击性。 （2）热容：物体温度升高1K所需要增加的热量。 热膨胀系数：温度升高1而引起的体积和长度的相对变化。 热导率：单位时间内单位面积上通过的热量与温度梯度的比例系数。 抗热冲击性：指物体能承受温度剧烈变化而不被破坏的能力。4什么是绝缘强度？P15答：当作用于陶瓷材料上的电场强度超过某一临界值时，它就丧失了绝缘性能，由介电状态转变为导电状态，这种现象称之为介电强度的破坏或介质的击穿，击穿时的电场强度称绝缘强度。5功能陶瓷的电学性质有哪些？了解其含义。P7-15 答：（1）功能陶瓷的电学性质有电导率、介电常数、介电损耗角正切值和击穿电场强度。 （2）电导率：指在介质中该量与电场强度之积等于传导电流密度。 介电常数：是衡量电介质材料在电场作用下的极化行为或存储电荷能力的参数。 介质损耗角正切值：表示电介质在交流电压下的有功损耗和无功损耗之比，值越大，介质损耗越大，反映了电介质在交流电压下的损耗性能 。额外知识点介质损耗：绝缘材料在电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应，在其内部引起的能量损耗。 介质损耗角：在交变电场作用下，电介质内流过的电流相量和电压相量之间的夹角。 击穿电场强度：当作用于陶瓷材料上的电场强度超过某一临界值时，它就丧失了绝缘性能，由介电状态转变为导电状态，这种现象称之为介电强度的破坏或介质的击穿，击穿时的电场强度称击穿电场强度。 第四章 超导陶瓷 6什么是超导体？超导体有什么特征？约束超导体的临界参数有哪些？P68-69答：（1）超导体：处于具有特殊电性质的物质的超导状态下的零电阻导体。 （2）特征是零电阻。 （3）临界温度Tc（超导体从一定电阻的正常态转变为电阻为零的超导态的温度）；临界磁场Hc（使超导体从超导态转变为正常态的磁场）；临界电流Ic（通过超导体的电流密度超过某一数值Jc时，超导体的超导电性就会被破坏，Jc即为临界电流密度，对应的电流为临界电流Ic）。额外知识点P69超导体的T-H-J临界面图有必要记下7超导陶瓷的作用。P85-86答：（1）超导量子干涉器（SQUID）；（2）微波无源器件和微波有源器件；（3）利用超导陶瓷的约瑟夫逊效应研制第五代计算机；（4）混频器；（5）射频量子干涉仪；（6）磁屏蔽；（7）多层结构；（8）超高频天线；（9）磁通变换器；（10）用于输配电；（11）高温超导无源微波器件；（12）利用高温超导陶瓷的抗磁性，进行废水处理、除毒、分离红血球、抑制和杀死癌细胞、加速高能粒子等。额外知识点另外可以如此记：10、12加上1（在电力系统方面，可以用于输配电。）2（在交通运输方面，可以制造磁悬浮高速列车。）3（用于电子陶瓷）共五条。8什么是第一类超导体？什么是第二类超导体？P69-70第一类超导体只存在一个临界磁场Hc，当外磁场HHc时，呈现完全抗磁性，体内磁感应强度为零。第二类超导体具有两个临界磁场，分别用Hc1（下临界磁场）和Hc2（上临界磁场）表示。当外磁场HHc1时，具有完全抗磁性，体内磁感应强度处处为零。外磁场满足Hc1与Hc2之间时，超导态和正常态同时并存，磁力线通过体内正常态区域，称为混合态或涡旋态。外磁场H增加时，超导态区域缩小，正常态区域扩大，HHc2时，超导体全部变为正常态。9半导体陶瓷半导体化的途径？基本原理是什么？影响半导体化的因素是什么？P102-105答：（1）施主掺杂半导法。用离于半径与Ba2+相近的La3+、Y3+、Sb3+等三价离子置换Ba2+离子;用离于半径与Ti 4+相近的Nb5+ 、Ta5+等五价离子置换Ti 4+离子.在室温下，上述离子电离而成为施主，向BaTiO3提供导带电子（使部分Ti4+eTi3+），从而V为1000-100000cm 以上的半导陶瓷。强制还原半导法。BaTiO3陶瓷在真空、惰性气氛或还原气氛中烧成时，将生成氧空位而使部分Ti4+Ti3+，可制得v为1001000000cm 的半导体陶瓷。AST法。当材料中含有Fe、K等受主杂质时，不利于晶粒半导化。加入SiO2或AST玻璃（Al2O3SiO2TiO2）可以使上述有害半导的杂质从晶粒进入晶界，富集于晶界，从而有利于陶瓷的半导化。 （2）因素：加入物和杂质的影响；化学计量偏离率的影响；烧成条件和冷却条件的影响。 第五章 电介质陶瓷 10电介质陶瓷是如何分类的？P89答：（1）根据不同的用途分类，有铁电解质陶瓷、高频介质陶瓷、半导体介质陶瓷、反铁电介质陶瓷、微波介质陶瓷和独石结构介质陶瓷等。 （2）根据国家标准分为I类陶瓷介质（用于制造高频电路中使用的陶瓷电容器）、II类陶瓷介质（用于制造低频电路中使用的陶瓷电容器）和III类陶瓷介质（也称半导体陶瓷介质，主要用于制造汽车、电子计算机等电路中要求体积小的陶瓷电容器，其特点是介电常数约为7000-几十万以上）。 11介电陶瓷、压电陶瓷、热释电陶瓷和铁电陶瓷之间的相互联系和区别？答：联系：铁电陶瓷包含于热释电陶瓷，热释电陶瓷包含于压电陶瓷，压电陶瓷包含于介电陶瓷。区别：介电陶瓷：在电场作用下具有电极化能力。压电陶瓷：机械作用(应力与应变)引起了晶体的极化，从而导致介质两端表面出现相反的束缚电荷。热释电陶瓷：温度变化时，引起电介质自发极化，产生表面的束缚电荷，且未被外界自由电荷所补偿。铁电陶瓷：某些电介质可自发极化，在外电场作用下自发极化能重新取向。 12BaTiO3铁电陶瓷老化的含义是什么？P97答：BaTiO3基铁电陶瓷介质在烧成后，其和tg随着存放时间的推移而逐渐减少。 第六章 压电陶瓷 13压电陶瓷居里温度是什么？试分析钛酸钡陶瓷在居里温度上或下的结构。答：（1）压力陶瓷居里温度：指材料可以在铁磁体和顺磁体之间改变的温度，即铁电体从铁电相转变成顺电相引的相变温度。 （2）钛酸钡晶体有4种结构,分别为立方相、四方相、正交相和三方相。在居里温度(Tc,403K)以上为立方相,随着温度的降低,发生从立方相到四方相到正交相再到三方相的连续相变,相变温度分别为403K、298K、183K，及居里温度以下为四方相、正交相和三方相。高温立方相为顺电相，其余三个相都为铁电相。 14铁电体的主要特征？P149答：具有自发极化的性质，其极化方向在电场作用下可以转动。15什么是压电效应？什么样的晶体才有压电效应？答：（1）如果对压电材料施加压力，它便会产生电位差（称之为正压电效应），反之施加电压，则产生机械应力（称为逆压电效应）。 （2）材料的压电效应取决于晶体结构的不对称性，晶体必须有极轴，才有压电效应。额外知识点压电陶瓷泛指压电多晶体。在这种陶瓷的晶粒之中存在铁电畴，铁电畴由自发极化方向反向平行的180 畴和自发极化方向互相垂直的90畴组成，这些电畴在人工极化（施加强直流电场）条件下，自发极化依外电场方向充分排列并在撤消外电场后保持剩余极化强度，因此具有宏观压电性。压电晶体一般指压电单晶体，是指按晶体空间点阵长程有序生长而成的晶体。这种晶体结构无对称中心，因此具有压电性。16表示压电性质的参数是什么？P151-153答：压电电荷系数压电电压系数压电应力系数压电劲度系数等静压压电电荷系数。17什么是电畴？和磁畴的区别？答：（1）电畴：晶胞自发极化方向取向不同，在晶体中出现自发极化方向一致的小区域。 （2）相邻两个电畴之间只能是90或180，但是相邻两个磁畴没有角度要求。额外知识点磁畴：是指磁性材料内部的一个个小区域，每个区域内部包含大量原子，这些原子的磁矩都象一个个小磁铁那样整齐排列，但相邻的不同区域之间原子磁矩排列的方向不同。 第七章 敏感陶瓷 18敏感陶瓷有哪几种？气敏陶瓷的功能机理？压敏陶瓷的功能机理？P174-225答：（1）分为热敏陶瓷、压敏陶瓷、气敏陶瓷、光敏陶瓷和氧化锆半导体陶瓷。 （2）气敏陶瓷功能机理：半导体气敏陶瓷的导电机理主要有能级生成理论和接触粒界势垒理论。按能级生成理论，当SnO2、ZnO等N型半导体陶瓷表面吸附还原性气体时，气体将电子给予半导体，并以正电荷与半导体相吸，而进入N型半导体内的电子又束缚少数载流子空穴，使空穴与电子的复合率降低，增大电子形成电流的能力，使陶瓷电阻值下降；当N型半导体陶瓷表面吸附氧化性气体时，气体将其空穴给予半导体，并以负离子形式与半导体相吸，而进入N型半导体内的空穴使半导体内的电子数减少，因而陶瓷电阻值增大。接触粒界势垒理论则依据多晶半导体能带模型，在多晶界面存在势垒，当界面存在氧化性气体时势垒增加，存在还原性气体时势垒降低，从而导致阻值变化。 （3）压敏陶瓷功能机理：当电压低于某一临界值（阀值电压）之前，变阻器阻值非常高，其作用接近于绝缘体（其I-V 关系服从欧姆定律）；当电压超过临界值时，电阻就会急剧减少，其作用又相当于导体（其I-V 关系为非线性）。19热敏陶瓷的分类？P174答：可分为热敏电阻、热敏电容、热电和热释电等陶瓷材料。 第八章 磁性陶瓷材料 20铁磁材料的主要效应有哪些？课件P22-24答：磁致伸缩（铁磁性和亚铁磁性材料磁化时，在磁化方向所发生的伸长或缩短现象称为磁致伸缩。）；法拉第效应（当一束线偏振电磁波通过适当的纵向磁化介质时，电磁波的偏振面将正向或反向偏转，偏转角正比于波束通过的介质厚度d和介质的磁化强度M，即KMd）；克尔效应（一束偏振光被抛光的磁极表面反射后，其偏振面发生旋转，旋转角正比于材料的磁化强度M，M，常数。；维拉尔效应（强磁材料在力的作用下，其磁化率将发生变化。）；磁热效应（在绝热条件下，铁磁材料受到突然增加的磁场作用时，材料的温度升高。）。21材料被磁化难易程度以什么来划分？用什么来表示其磁性的大小？P5答：（1）磁化强度M和磁场强度H存在如下关系：MxH ，x称为磁体的磁化率，材料被磁化难易程度根据磁化率x来划分，分为顺磁、抗磁及铁磁三大类。 （2）定义r（1x）为相对磁导率，用磁导率来表示其磁性的大小。22磁性材料的分类？什么是软磁铁氧体、硬磁铁氧体？它们代表材料是什么？课件P38、P53答：（1）磁性材料的分类：软磁材料、硬磁材料、磁记录材料和其他磁性材料（超磁性致伸缩材料、巨磁电阻材料、巨磁强化材料、磁光效应材料）。 （2）软磁铁氧体是在较弱的磁场作用下，很容易被磁化也容易退磁的一类铁氧体材料。典型代表：锰锌铁氧体MnZnFe2O4镍锌铁氧体NiZnFe2O4 硬磁铁氧体又称永磁铁氧体或恒磁铁氧体，是一种磁化后不易退磁，能长期保持磁性的铁氧体，一般作为恒稳磁场源。典型代表：磁铅石型通式：M0.6F2O3 （MPb、Ba、Sr）23铁氧体晶体结构有哪些？课件P26答：尖晶石型铁氧体、六方晶系铁氧体、石榴石铁氧体、钙钛矿结构铁氧体。24试分析铁磁体的磁滞回线？课件P19答：铁磁材料在外磁场H 作用下，各磁畴随着磁场增加向着外磁场方向转变，磁感应强度增加。当磁畴全部转向形成一个单磁畴体时，磁感应强度达到饱和Bs，磁场减少到零时。有剩余磁感应强度Br，只有加一矫顽力（磁场）才能消除。 第九章 生物陶瓷和复合陶瓷 25生物陶瓷的作用？答：生物陶瓷除用于测量、诊断治疗等外，主要是用作生物硬组织的代用材料。可用于骨科、整形外科、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，指与生物体或生物化学有关的新型陶瓷。包括精细陶瓷、多孔陶瓷、某些玻璃和单晶。根据使用情况，生物陶瓷