功能陶瓷的合成与制备

1、 “陶瓷陶瓷”是指所有以粘土为主要原料与其它天然矿是指所有以粘土为主要原料与其它天然矿 物原料经过粉碎、混炼、成形、烧结等过程而制成的物原料经过粉碎、混炼、成形、烧结等过程而制成的 各种制品。各种制品。 日用陶瓷餐具建筑陶瓷地砖电瓷 性能：耐高温、耐磨、耐腐蚀、高硬度、高强度及其性能：耐高温、耐磨、耐腐蚀、高硬度、高强度及其 它特殊性能它特殊性能( (压电性、磁性和光学性能压电性、磁性和光学性能) )，但脆性大，但脆性大 前言前言 结构陶瓷主要是用于耐磨损、高强度、耐热、耐热结构陶瓷主要是用于耐磨损、高强度、耐热、耐热 冲击、硬质、高刚性、低热膨胀性和隔热等结构陶瓷冲击、硬质、高刚性、低热膨胀

2、性和隔热等结构陶瓷 材料材料 不同形状的特种结构陶瓷件 功能陶瓷中包括电磁功能、光学功能和生物功能陶瓷中包括电磁功能、光学功能和生物- -化学功化学功 能等陶瓷制品和材料，此外还有核能陶瓷和其它功能材能等陶瓷制品和材料，此外还有核能陶瓷和其它功能材 料等。料等。 电子绝缘件氧化锆陶瓷光学导管 陶瓷材料 传统陶瓷： 天然硅酸盐矿物天然硅酸盐矿物 (黏土、石英、长石黏土、石英、长石 等等) 新型陶瓷： 新型无机非金属材料新型无机非金属材料 (氧化物、氮化物、氧化物、氮化物、 碳化物碳化物) 等，也叫先进陶瓷和高技术陶瓷等，也叫先进陶瓷和高技术陶瓷 结构陶瓷功能陶瓷 结构陶瓷 是指在应用时主要利用其

3、力学性能的材料 功能陶瓷 是指以电、磁、光、声、热力、化学和生物学信 息的检测、转换、耦合、传输及存储功能为主要特征， 这类介质材料通常具有一种或多种功能。 5.3 敏感陶瓷敏感陶瓷 5.4 压电陶瓷压电陶瓷 5.5 半导体陶瓷半导体陶瓷 5.6 磁性陶瓷磁性陶瓷 v说明功能陶瓷的制备应具备的技术要素 v功能陶瓷的粉体成形方法和烧结方法 功能陶瓷的应用十分广泛，材料体系和品种繁多、功能功能陶瓷的应用十分广泛，材料体系和品种繁多、功能 全、技术高、更新快，主要材料有全、技术高、更新快，主要材料有、 、及及 等。等。 ：耐磨损、高比强度、高硬度、抗冲击、：耐磨损、高比强度、高硬度、抗冲击、 高精度

4、尺寸、自润滑性等。高精度尺寸、自润滑性等。 ：耐热、导热、隔热、蓄热与散热、热：耐热、导热、隔热、蓄热与散热、热 膨胀等。膨胀等。 ：耐腐蚀性、耐气候性、催化性、离子：耐腐蚀性、耐气候性、催化性、离子 交换性、反应性、化学敏感性等。交换性、反应性、化学敏感性等。 v在以上所列举的常用功能陶瓷材料中，比较 重要的材料特性如下： ：发光性、光变换性、分光性、光敏感性：发光性、光变换性、分光性、光敏感性 等。等。 ：磁性、接电性、压电性、绝缘性、导电：磁性、接电性、压电性、绝缘性、导电 性、存储性、半导性、热电性等。性、存储性、半导性、热电性等。 ：生物化学反应性、胀器代用功能性、：生物化学反应性、

5、胀器代用功能性、 感觉功能脏器性、生物形态性等。感觉功能脏器性、生物形态性等。 v陶瓷多种功能的实现，主要取决于它具有的 各种特性，在具体应用时，并根据需要，对 其某一有效性能加以改善提高，以达到良好 使用的目的。 v要以性能的改进来改善陶瓷材料的功能性， 可以从以下两方面进行： 1. 从从上直接调节，优化其内在品质，包括上直接调节，优化其内在品质，包括 采用非化学式计量、离子置换、添加不同类型杂质，采用非化学式计量、离子置换、添加不同类型杂质， 使不同相在微观级别复合，形成不同性质的晶界层使不同相在微观级别复合，形成不同性质的晶界层 等。等。 2. 通过通过即即改变工艺条件改变工艺条件和提高

6、陶瓷材料和提高陶瓷材料 的性能，达到获得优质材料的目的。的性能，达到获得优质材料的目的。 无论改变组成还是改变工艺，最终都是使材料的无论改变组成还是改变工艺，最终都是使材料的 ，从而使其性能得到提高，表，从而使其性能得到提高，表5.1、表、表5.2 给出的就是功能材料给出的就是功能材料形态形态、能量能量等变化对其性能的影等变化对其性能的影 响实例。响实例。 因此，陶瓷的因此，陶瓷的与其与其、和和 密切相关，功能陶瓷的工艺技术和性能检测关系可密切相关，功能陶瓷的工艺技术和性能检测关系可 用下图表示。用下图表示。 v多晶体的陶瓷一般均是通过多晶体的陶瓷一般均是通过而制成的，所而制成的，所 以也称为

7、以也称为。 v由于组成陶瓷的物质不同，种类繁多，制造工艺因由于组成陶瓷的物质不同，种类繁多，制造工艺因 而多种多样，一般工艺可按下列流程图进行，这也而多种多样，一般工艺可按下列流程图进行，这也 是功能陶瓷的制造工艺。是功能陶瓷的制造工艺。 在功能陶瓷的制备过程中还应具备下列技术要素在功能陶瓷的制备过程中还应具备下列技术要素: ：、； ：可以：可以； ：，而且，而且可根据需可根据需 要进行要进行； ：可根据需要进行：可根据需要进行、和和 。 v高性能陶瓷与普通陶瓷不同，通常以化学计量进行配高性能陶瓷与普通陶瓷不同，通常以化学计量进行配 料，料，要求粉料高纯超细要求粉料高纯超细，传统的通过机械粉碎

8、和分级的，传统的通过机械粉碎和分级的 固相法已不能满足要求。固相法已不能满足要求。 v功能陶瓷的微观结构和多功能性，在很大程度上功能陶瓷的微观结构和多功能性，在很大程度上取决取决 于粉末原料的特性于粉末原料的特性、粒度及其形状与尺寸粒度及其形状与尺寸、化学组成及化学组成及 其均匀度其均匀度等。等。 v随着科学技术的迅猛发展，对功能陶瓷元件提出了高随着科学技术的迅猛发展，对功能陶瓷元件提出了高 精度、多功能、高可靠性、小型化的要求。为了制造出精度、多功能、高可靠性、小型化的要求。为了制造出 高质量的功能陶瓷元件，其高质量的功能陶瓷元件，其就是要就是要 、。 粉末粉末，粉料，粉料 成分有成分有；

9、粒子的粒子的，并可控制在适当的水平；，并可控制在适当的水平； 粉料具有粉料具有，； 能制成能制成的粉料；的粉料； 、； 、而方便。而方便。 ：一般是把金属氧化物或其盐按照配方充分：一般是把金属氧化物或其盐按照配方充分 混合、研磨后进行煅烧。混合、研磨后进行煅烧。 l 粉碎方法有粉碎方法有化学法化学法与与机械法机械法。 l 化学反应有化学反应有氧化还原法氧化还原法、固体热分解法固体热分解法、固相反应固相反应 法法。 ：可分为直接沉淀法、共沉淀法和均匀沉淀：可分为直接沉淀法、共沉淀法和均匀沉淀 法等，均利用生产沉淀的液相反应来制取。法等，均利用生产沉淀的液相反应来制取。 ：1) 醇盐水解法，是制备

10、高纯的超微细粉的醇盐水解法，是制备高纯的超微细粉的 重要方法；重要方法；2) 金属盐水解法金属盐水解法 ：是将金属氧化物或氢氧化物浓：是将金属氧化物或氢氧化物浓 的溶胶转变为凝胶，再将凝胶干燥后进行煅烧，然的溶胶转变为凝胶，再将凝胶干燥后进行煅烧，然 后制备氧化物的方法。利用该法制备后制备氧化物的方法。利用该法制备ZrO2超微细粉超微细粉 ，其成型体可在，其成型体可在1500C烧成。烧成。 ：把金属盐混合溶液化成很小的液滴，：把金属盐混合溶液化成很小的液滴， 使盐迅速呈超微细颗粒并且均匀析出，如喷雾干燥使盐迅速呈超微细颗粒并且均匀析出，如喷雾干燥 法、冷冻干燥法。法、冷冻干燥法。 ：将原料加热

11、气化并急冷，即获超细粉：将原料加热气化并急冷，即获超细粉 （粒径为（粒径为5100nm），适于制备单一或复合氧化物，），适于制备单一或复合氧化物， 碳化物或金属的超微细粉。使金属在惰性气体中蒸碳化物或金属的超微细粉。使金属在惰性气体中蒸 发发-凝聚，通过调节气压以控制生成的颗粒尺寸。凝聚，通过调节气压以控制生成的颗粒尺寸。 ：如气相合成法、气相氧化法、气相热：如气相合成法、气相氧化法、气相热 分解反应法等，其优点有：分解反应法等，其优点有：1) 容易精制提纯、生成容易精制提纯、生成 物纯度高，不需粉碎，粒径分布均匀；物纯度高，不需粉碎，粒径分布均匀；2) 生成颗粒生成颗粒 弥散性好；弥散性好；

12、3) 容易控制气氛；容易控制气氛；4) 通过调节气压以控通过调节气压以控 制生成的颗粒尺寸。制生成的颗粒尺寸。 成型工艺影响到材料内部结构、组成均匀性，因而直接成型工艺影响到材料内部结构、组成均匀性，因而直接 影响到陶瓷材料的使用性能，现代高技术陶瓷部件形状影响到陶瓷材料的使用性能，现代高技术陶瓷部件形状 复杂多变，尺寸精度要求高，而成型时的原料又大多为复杂多变，尺寸精度要求高，而成型时的原料又大多为 超细粉，容易产生团聚，因此对成型技术提出了更高的超细粉，容易产生团聚，因此对成型技术提出了更高的 要求。要求。 根据制成的形状和要求特性，主要采用下列根据制成的形状和要求特性，主要采用下列5种种

13、 粉体成形方法：粉体成形方法： （1）； （2）； （3）； （4）； （5）； v功能陶瓷的应用及市场开发前景广阔，因而功能陶功能陶瓷的应用及市场开发前景广阔，因而功能陶 瓷的技术与市场竞争激烈、元器件的升级换代周期短。瓷的技术与市场竞争激烈、元器件的升级换代周期短。 v围绕着围绕着、和和 的发展方向，提出了许多共性的科学问题，今后需要的发展方向，提出了许多共性的科学问题，今后需要 进行更深入的研究，例如：进行更深入的研究，例如： 6. 溅射金属内电极多层器件制备技术中的缺陷化学问溅射金属内电极多层器件制备技术中的缺陷化学问 题等等。题等等。 1. 多层复相功能陶瓷共烧的反应动力学，如异质界

14、面多层复相功能陶瓷共烧的反应动力学，如异质界面 的交叉扩散；的交叉扩散； 2. 铁电、压电陶瓷与元件的老化、劣化、疲劳和断裂铁电、压电陶瓷与元件的老化、劣化、疲劳和断裂 、失效机理；、失效机理； 3. 功能陶瓷的晶界、界面及尺寸效应；功能陶瓷的晶界、界面及尺寸效应； 4. 薄膜与界面的介电响应、膜材料的表面改性；薄膜与界面的介电响应、膜材料的表面改性； 5. 铁电陶瓷微结构与相变；铁电陶瓷微结构与相变； 超 导 现 象 是 由 荷 兰 理 学 家 麦 林超 导 现 象 是 由 荷 兰 理 学 家 麦 林 翁 纳 斯翁 纳 斯 (KamerlinghOnnes) 于于1991年首先发现的。年首先

15、发现的。 普通金属在导电过程中，由于自身电阻的存在，在传 送电流的同时也要消耗一部分的电能，科学家也一直 在寻找完全没有电阻的物质。 翁纳斯在研究金属汞的电阻翁纳斯在研究金属汞的电阻 和温度的关系时发现，在温和温度的关系时发现，在温 度低于度低于4.2K时，汞的电阻突时，汞的电阻突 然消失，如右图所示，说明然消失，如右图所示，说明 此时金属汞进入了一个新的此时金属汞进入了一个新的 物态，翁纳斯将这一新的物物态，翁纳斯将这一新的物 态称为态称为，把，把 ， 。4.2K称为称为 。 ：正常金属导体的电阻：正常金属导体的电阻 率在低温下变为常数，而超导体的电阻在转变点突然率在低温下变为常数，而超导体

16、的电阻在转变点突然 消失为零。消失为零。 v后来，又陆续发现了其他金属如后来，又陆续发现了其他金属如 Nb, Tc, Pb, La, V, Ta 等都具有超导现象，并逐步建立了超导理论和超导等都具有超导现象，并逐步建立了超导理论和超导 微观理论。微观理论。 1986年，由年，由 K.A. Mller 和和 J.G. Bednorz 等人研制出等人研制出 ，在，在13K 以下的电阻为零，使以下的电阻为零，使 高温超导研究进入了一个新阶段，各国科学家之间研高温超导研究进入了一个新阶段，各国科学家之间研 究超导陶瓷新材料，应用基础理论和超导近机制方面，究超导陶瓷新材料，应用基础理论和超导近机制方面，

17、 形成激烈竞争的局面。形成激烈竞争的局面。 现已研制出了上千种超导材料，临界温度也不断提高。现已研制出了上千种超导材料，临界温度也不断提高。 v在超导材料中，具有在超导材料中，具有一般均为一般均为 。我国科学家在超导材料的研究。我国科学家在超导材料的研究 中也一直处于世界前沿。中也一直处于世界前沿。 v实用性的超导薄膜和超导线材料已研制成功，最近报实用性的超导薄膜和超导线材料已研制成功，最近报 导我们国家已制成长达导我们国家已制成长达100m的的Bi系超导卷型材料，人系超导卷型材料，人 们正在向更高温区甚至在室温下实现超导的研究方向上们正在向更高温区甚至在室温下实现超导的研究方向上 不断努力。

18、不断努力。 v氧化物陶瓷高温超导体的研究也面临着诸多难题，氧化物陶瓷高温超导体的研究也面临着诸多难题，Tc 突破突破30K 之后，解释超导电性的超导热力学理论之后，解释超导电性的超导热力学理论-BCS 理论已不能解释超导陶瓷的超导电性，还没有形成一个理论已不能解释超导陶瓷的超导电性，还没有形成一个 完整的理论来解释高温超导的机理，使超导的研究更系完整的理论来解释高温超导的机理，使超导的研究更系 统、更科学。统、更科学。 今后，人们将从以下几个方面对陶瓷结构做进一 步研究： 的影响的影响。晶界是影响电流密度的一个重要因素，。晶界是影响电流密度的一个重要因素， 是由于晶界势垒，还是非超导金属层的形

19、成所致，需要是由于晶界势垒，还是非超导金属层的形成所致，需要 研究探索。研究探索。 2.超导陶瓷体超导陶瓷体对超导性能的影响。对超导性能的影响。 的影响。当临界温度升高时，热能会使超的影响。当临界温度升高时，热能会使超 导混合状态下的磁力线变化，这是否对其实用化产生影导混合状态下的磁力线变化，这是否对其实用化产生影 响；由于超导陶瓷电子对较少，相干长度较短，是否具响；由于超导陶瓷电子对较少，相干长度较短，是否具 有等离子体结构等。有等离子体结构等。 (superconductor)，是指当某种物质冷却到低，是指当某种物质冷却到低 温时温时电阻突然变为零电阻突然变为零，同时物质内部失去磁通，同时

20、物质内部失去磁通成为完成为完 全抗磁性全抗磁性的物质。的物质。 每一种超导体都有一定的超导转变温度，即物质每一种超导体都有一定的超导转变温度，即物质由常由常 态变为超导态的温度态变为超导态的温度称其为称其为（Critical temperature of super conductor）用）用 表示。不同超表示。不同超 导材料的超导临界温度是不同的。超导临界温度以导材料的超导临界温度是不同的。超导临界温度以绝绝 对温度对温度来表示。来表示。 判断材料是否具有超导性，有判断材料是否具有超导性，有： ，指材料在低温下失去电阻的性质；，指材料在低温下失去电阻的性质； ，指超导体处于外界磁场中，磁力线

21、无，指超导体处于外界磁场中，磁力线无 法穿透，超导体内的磁通为零。法穿透，超导体内的磁通为零。 总之，超导体呈现的超导现象取决于总之，超导体呈现的超导现象取决于、 的大小，这些条件的上限分别称为的大小，这些条件的上限分别称为 、。从。从 超导材料的实用化来看，归根结底，最重要的是超导材料的实用化来看，归根结底，最重要的是如何如何 提高这三个物理特性提高这三个物理特性。 通常，电流通过导体时，由于存在电阻，不可避免地通常，电流通过导体时，由于存在电阻，不可避免地 会有一定的能量损耗。所谓超导体的完全导电性会有一定的能量损耗。所谓超导体的完全导电性 （complete conductivity o

22、f superconductor）即在超导）即在超导 态下（在临界温度下）电阻为零，电流通过超导体时态下（在临界温度下）电阻为零，电流通过超导体时 没有能量的损耗。没有能量的损耗。 超导体的完全抗磁性（超导体的完全抗磁性（complete resistance magnetic of superconductor）是指超导体处于外界磁场中，能排）是指超导体处于外界磁场中，能排 斥外界磁场的影响，即外加磁场全被排除在超导体之斥外界磁场的影响，即外加磁场全被排除在超导体之 外，这种特性也称为外，这种特性也称为。 如图如图5-6所示。所示。 超导体完全抗磁性示意图超导体完全抗磁性示意图 根据图示，迈

23、斯纳效应实验是将处于常导态的超导样根据图示，迈斯纳效应实验是将处于常导态的超导样 品放置到磁场中，这时的磁场能进入超导样品，然后品放置到磁场中，这时的磁场能进入超导样品，然后 将其冷却至临界温度将其冷却至临界温度Tc以下，处于超导态时，在超导以下，处于超导态时，在超导 样品中的磁场被排斥出来。样品中的磁场被排斥出来。 如果把这个过程反应过来，即先把处于常导态的超导如果把这个过程反应过来，即先把处于常导态的超导 样品冷却至超导临界温度以下，使其处于超导态，然样品冷却至超导临界温度以下，使其处于超导态，然 后将其放入磁场中，这时磁场也被排斥在超导体之外。后将其放入磁场中，这时磁场也被排斥在超导体之

24、外。 超导体完全抗磁性示意图超导体完全抗磁性示意图 v从从来区分，可分成三大类：来区分，可分成三大类： l元素超导体元素超导体 l合金或化合物超导体合金或化合物超导体 l氧化物超导体即超导陶瓷氧化物超导体即超导陶瓷 v从从来分，可分为为四类：来分，可分为为四类： l液氦温区超导体（液氦温区超导体（4.2K以下）以下） l液氢温区超导体（液氢温区超导体（20K以下）以下） l液氮温区超导体（液氮温区超导体（77K以下）以下） l常温超导体常温超导体 超导体的分类目前还没有一个统一的标准，一般可这样分类： v 从现有研究的超导材料组成上看，在元素周期表中，从现有研究的超导材料组成上看，在元素周期表

25、中， 有相当多的元素可以组成超导材料，有有相当多的元素可以组成超导材料，有金属金属，类金类金 属属和和非金属元素非金属元素； v 在这些元素中，可以在这些元素中，可以由单一元素由单一元素制成超导材料，但制成超导材料，但 大多超导材料是由大多超导材料是由多种元素构成的合金多种元素构成的合金、化合物化合物或或 陶瓷陶瓷组成的。组成的。 图图5-7中，方框内元素均属超导元素；元素符号下面为中，方框内元素均属超导元素；元素符号下面为 其临界温度；其临界温度；*表示超导仅在无定形状态下才发生；元表示超导仅在无定形状态下才发生；元 素素Bi在非常高的压力下也是超导体。在非常高的压力下也是超导体。 自超导现

26、象发现以后，随超导材料研究的不断深入， 超导理论也在不断发展。 在众多理论中，最具有代表性的是在众多理论中，最具有代表性的是 -和和： 说明由常导态到超导体其熵是说明由常导态到超导体其熵是 不连续的，而且熵值减小，超导体在相变时产生不连续的，而且熵值减小，超导体在相变时产生 了某种有序变化。了某种有序变化。 是指在两块弱连接超导体之间存是指在两块弱连接超导体之间存 在着相关的隧道电流。在着相关的隧道电流。 v超导体的性能很多，但超导体的性能很多，但有：有： 、和和 。 v其中其中、，是由材料基体电，是由材料基体电 子结构所决定的，很少受形变、加工和热处理的影子结构所决定的，很少受形变、加工和热

27、处理的影 响，即响，即Tc、Hc是组织结构不敏感的超导性能参量，是组织结构不敏感的超导性能参量， 而而 Ic 对组织结构极为敏感。对组织结构极为敏感。 在这些基本的参量测试中，临界温度Tc的测量十分重要。 因此，现只讨论临界温度Tc的测量。 v测量临界温度测量临界温度Tc有不同的方法，如有不同的方法，如、 。测量的方法不同，。测量的方法不同，Tc 也会得到不同的结果。也会得到不同的结果。 v为了测出为了测出Tc，需要精确的进行，需要精确的进行、， 并准确的测量出并准确的测量出。 v目前，超导材料的目前，超导材料的Tc一般在一般在0C以下，因此首先要获以下，因此首先要获 得低温。如前所述，在得低

28、温。如前所述，在4.2K以下用液氦以下用液氦，在，在20K以下以下 用液氢用液氢，在，在77K以下用液氮以下用液氮，而且一般采用减压的方，而且一般采用减压的方 法来获得。法来获得。 高温熔烧法又分为高温熔烧法又分为和和，是制造，是制造 高温陶瓷的主要方法。高温陶瓷的主要方法。 。将原料。将原料BaCO3, RE2O3, CuO 按一定比例混合后压块，盛于白金或氧化铝坩埚中，按一定比例混合后压块，盛于白金或氧化铝坩埚中， 在电炉内，大气气氛下进行烧结，烧结温度为在电炉内，大气气氛下进行烧结，烧结温度为 900960C，时间至少为，时间至少为4h，然后断电自然冷却至室，然后断电自然冷却至室 温。为

29、使材料均匀，从炉内取出后经粉碎再进行压块，温。为使材料均匀，从炉内取出后经粉碎再进行压块， 按上述条件进行第二次，甚至第三次烧结，可制得正按上述条件进行第二次，甚至第三次烧结，可制得正 交结构的超导材料。交结构的超导材料。 ，一些科学家正研究，一些科学家正研究用氟、氮、碳取代部分氧用氟、氮、碳取代部分氧， 以期获得更高温度的超导材料。以期获得更高温度的超导材料。 v新型高温陶瓷超导材料是层状钙钛矿结构，对这新型高温陶瓷超导材料是层状钙钛矿结构，对这 种多相材料可用种多相材料可用掺杂和替换元素掺杂和替换元素的办法开发新材料。的办法开发新材料。 目前已研制出三元、四元和五元超导体。许多实验目前已研

30、制出三元、四元和五元超导体。许多实验 室正从粉体、烧结理论、工艺和晶粒晶界方面开展室正从粉体、烧结理论、工艺和晶粒晶界方面开展 研究。研究。 美国贝尔实验室的科学家施内迈耶等，已成功地生长美国贝尔实验室的科学家施内迈耶等，已成功地生长 出直径达出直径达4mm的钇钡铜氧单晶体，他们发现，由于熔的钇钡铜氧单晶体，他们发现，由于熔 融态的钇钡铜氧的成分不一致，只有含有更多铜、钡融态的钇钡铜氧的成分不一致，只有含有更多铜、钡 的钇钡铜氧熔液才能生长出钇钡铜氧晶体。的钇钡铜氧熔液才能生长出钇钡铜氧晶体。 草酸盐共沉淀法是在钇、钡、铜的硝酸盐熔液中加入草酸盐共沉淀法是在钇、钡、铜的硝酸盐熔液中加入 草酸熔

31、液，形成草酸盐共沉淀析出。沉淀经过滤，干草酸熔液，形成草酸盐共沉淀析出。沉淀经过滤，干 燥，燥，850锻烧就获得锻烧就获得YBa2Cu3O7粉末。粉末。 莫斯科大学的研究者已成功地制取莫斯科大学的研究者已成功地制取 高温超高温超 导体。此法为：先制备含高浓度弱酸性钇、钡、铜离子导体。此法为：先制备含高浓度弱酸性钇、钡、铜离子 的水熔液，再制备硝酸钡、硝酸钇、硝酸铜混合溶液，的水熔液，再制备硝酸钡、硝酸钇、硝酸铜混合溶液， 然后除在硝酸钇及硝酸铜溶液中加入易溶性硝酸盐外，然后除在硝酸钇及硝酸铜溶液中加入易溶性硝酸盐外， 还应该注意保持还应该注意保持pH值接近值接近4，并控制温度和浓度；其次，并控

32、制温度和浓度；其次， 还需将硝酸盐的混合溶液喷射分散并制冷后，用低温升还需将硝酸盐的混合溶液喷射分散并制冷后，用低温升 华 除 去 冰 ， 以 制 取 上 述 硝 酸 盐 的 混 合 物 粉 末华 除 去 冰 ， 以 制 取 上 述 硝 酸 盐 的 混 合 物 粉 末 （0.20.3m），然后将上述粉末放入），然后将上述粉末放入800C加热炉中进加热炉中进 行行10min热分解，所得氧化物粉末极为活泼，易吸潮。热分解，所得氧化物粉末极为活泼，易吸潮。 虽然在热分解过程中氧化物粉末在一定程度上被凝聚，虽然在热分解过程中氧化物粉末在一定程度上被凝聚， 但受冷仍易分散，形成生坯（密度大约为理论密度的

33、但受冷仍易分散，形成生坯（密度大约为理论密度的 75%），生坯在氧气中于），生坯在氧气中于900C下烧结下烧结4h，然后在炉中，然后在炉中 将其冷却到将其冷却到400C（需（需8h），并进一步降至室温，所得），并进一步降至室温，所得 到的高温超导体的密度为理论密度的到的高温超导体的密度为理论密度的96%98%。在水。在水 中煮沸后，其样品在电阻为零时的中煮沸后，其样品在电阻为零时的Tc=9698K。在通常。在通常 情况下，上述材料的初始临界温度与电阻为零时临界温情况下，上述材料的初始临界温度与电阻为零时临界温 度仅差度仅差1K。 (1) 拉拔陶瓷芯金属外套管；拉拔陶瓷芯金属外套管； (2) 用

34、合金先成型为线材，后经氧化处理转变成陶瓷材用合金先成型为线材，后经氧化处理转变成陶瓷材 料；料； (3) 熔化拉拔法对线材进行二次处理，均匀化热处理和熔化拉拔法对线材进行二次处理，均匀化热处理和 优先处理，可获密度为优先处理，可获密度为98%，77K时临界电流密度为时临界电流密度为 600A/cm2的线材。的线材。 热压、热挤、烧结锻造、夹层材料等都可用于异型陶热压、热挤、烧结锻造、夹层材料等都可用于异型陶 瓷材料的制备。尽管已有许多制造陶瓷超导材料的方瓷材料的制备。尽管已有许多制造陶瓷超导材料的方 法，但人们还在努力寻找制造室温超导材料的新工艺。法，但人们还在努力寻找制造室温超导材料的新工艺

35、。 高温超导陶瓷的应用有以下几个方面: 根据超导陶瓷的零电阻的特性，可以无损耗地远距离根据超导陶瓷的零电阻的特性，可以无损耗地远距离 输送极大的电流和功率。而现在的电缆和变压器的介输送极大的电流和功率。而现在的电缆和变压器的介 质损耗往往占传输连能的质损耗往往占传输连能的20% 能制成超导储能线圈，用其制成的储能设备可以长期能制成超导储能线圈，用其制成的储能设备可以长期 无损耗地储存能量，而且直接储存电磁能，不必进行无损耗地储存能量，而且直接储存电磁能，不必进行 能量转换，对电力传输系统进行的冲击负荷能跟踪调能量转换，对电力传输系统进行的冲击负荷能跟踪调 节，对高峰负荷进行调平。节，对高峰负荷进行调平。 由于超导陶瓷的电阻为零，电流密度可达（由于超导陶瓷的电阻为零，电流密度可达（710） 105A/cm2，而且不需要铁芯，因而没有热损耗，可，而且不需要铁芯，因而没有热损耗，可 以制造高容量、高效率的超导发电机及磁流体发电机、以制造高容量、高效率的超导发电机及磁流体发电机、 旋转电机等