1、電子陶瓷總復習第一章陶瓷的定義：用粘土以外的其他原料，依陶瓷制造的工藝方法制成的制品陶瓷的發(fā)展大致經(jīng)歷了陶器、瓷器、現(xiàn)代先進陶瓷、納米陶瓷 4個發(fā)展階段。陶器(從公元前24000年開始)瓷器 (從公元250年開始)現(xiàn)代先進陶瓷 (從20世紀40年代開始)納米陶瓷 (從20世紀90年代開始)1、陶器階段 用黏土制成毛坯，經(jīng)過高溫(1000 C) 燒結(jié)而成，是原始人類制成的最重要的物品之一2、瓷器階段 發(fā)明了釉、發(fā)現(xiàn)并使用高鋁質(zhì)瓷土、高溫技術的發(fā)展（1200 C ）3、現(xiàn)代先進陶瓷階段 原料純化從天然礦物原料為主發(fā)展到高純?nèi)斯ず铣稍蠟橹?、納米陶瓷階段 原料納米化、陶瓷內(nèi)部晶粒納米化、性能高度優(yōu)

2、化、正在深入研究，預期將引起重要變化。第二章電子陶瓷的性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)有密切的關系。結(jié)構(gòu)可以分為：Electronic Structure；電子結(jié)構(gòu)Atomic Structure；原子結(jié)構(gòu)Microscopic Structure； 顯微結(jié)構(gòu)Macroscopic structure 宏觀結(jié)構(gòu)材料科學與工程是研究材料組成、結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)過程、材料性能與使用性能以及他們之間關系的學科。因而把組成與結(jié)構(gòu)、合成與生產(chǎn)過程、性質(zhì)以及使用效能稱之為材料科學與工程的四個基本要素。上述四個要素是基本的，缺一不可的，對材料科學與工程的發(fā)展來說，這四個要素必須是整體的。材料的四要素反映了材料科學與工程研究的共性問題，

3、其中合成和加工、使用性能是兩個普遍的關鍵要素，這是在這四個要素上，各種材料相互借鑒、相互補充、相互滲透?；旌湘I 實際材料中，特別是陶瓷、半導體等往往是由離子鍵和共價鍵混合形成的鍵結(jié)。確定AB組成的化合物中共價鍵的比例p可由下式?jīng)Q定： p=exp-(Ea-Eb)/4) Ea,Eb分別為A,B元素的負電性(electronegativity) 泡令原則1)負離子配位多面體原則（Paulings 1st Rule）在正離子周圍形成負離子配位多面體；正、負離子間距與離子半徑之和有關；配位數(shù)與正、負離子的半徑之比有關。負離子組成多面體，正離子占據(jù)間隙位置2)電價原則（Paulings 2nd Rule）

4、 Z+、Z-為正、負離子的電價 CN+ 、CN-為正、負離子的配位數(shù)3)共用原則（Paulings 3rd Rule）當配位體共用頂點、棱或面時，穩(wěn)定性會降低。正離子的電價越高、配位數(shù)越低，此效應越明顯。4)共頂點原則（Paulings 4th Rule ）含有一種以上的正離子晶體中，電價大、配位數(shù)小的正離子周圍的負離子配位多面體總趨于共頂點結(jié)合5)類型原則（ Paulings 5th Rule ）晶體中的配位體的類型總是盡可能地最少第三章相變是指在溫度或壓強等外界條件發(fā)生變化時:（1）物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化；（2）物質(zhì)的化學成分發(fā)生不連續(xù)變化，如固溶體的脫溶分解；（3）某些反映長程序物理性

5、質(zhì)的出現(xiàn)或消失二級相變 二級相變時熱力學量（自由能）的改變是連續(xù)的，體積、熵等熱力學函數(shù)沒有突變，但它們的一級微商有突變，材料的等壓熱容（Cp）、熱膨脹系數(shù)（）和壓縮系數(shù)（）有突變。或者說兩相的自由能對溫度或壓力的一階導數(shù)相等，而二階導數(shù)不相等。 二級及以上相變統(tǒng)稱連續(xù)相變。 和 分別為材料的等溫體壓縮系數(shù)和等壓體膨脹系數(shù)一級相變 特點:兩種相的自由能對溫度或壓力的一階導數(shù)不相等，即其熱力學函數(shù)，如體積、熵等在相變點發(fā)生不連續(xù)改變或突變 。鐵電相變PbTiO3-PbZrO3假二元系固溶體相圖。Pc順電立方相，Ar反鐵電四方相，A0反鐵電正交相，F(xiàn)R鐵電三角相，F(xiàn)T鐵電四方相第四章了解電子陶瓷的

6、力學、熱學、電學、磁學、聲學及光學等性質(zhì)與其組成、結(jié)構(gòu)的關系；重點掌握電子陶瓷的電學性能 材料的理論斷裂強度。奧羅萬（Orowan）計算的理論強度為:式中為斷裂表面能，是材料斷裂形成單位面積新表面所需的能量。平面應力狀態(tài)裂紋擴展的臨界應力為式中c為裂紋的半長度電學性能I=SJ V=LE 電場E, 電流密度J如IV為體積電流，IS為表面電流, 離子電導式中A、B為與化學組成、晶體結(jié)構(gòu)有關的常數(shù)。W為電導激活能，包括缺陷形成能和遷移能。k=1.3810-23J/K=0.8610-4eV/K。T為絕對溫度。陶瓷電導混合法則 設陶瓷材料有兩個均勻的相A,B組成，則有：VA、VB為兩相的體積分數(shù)；sA、

7、sB為兩相的電導率。 n為狀態(tài)指數(shù)。 電子陶瓷的介電性能 介電常數(shù)對電介質(zhì)材料，在電場E中，有電感應矢量D： ee0為真空介電常數(shù)，er為相對介電常數(shù)真空的相對介電常數(shù)為1, 其他材料的相對介電常數(shù)均大于1。對于平行平板電容器，有： 式中，C為試樣的電容量；d為試樣厚度或電極距離；S為電極面積；0 為SI單位制中真空的介電常數(shù)， 0=8.8510-12 F/cm電介質(zhì)的極化 點電荷q對某一定點的電矩為： 多點系統(tǒng)：介質(zhì)內(nèi)質(zhì)點的正負電荷重心分離可形成偶極子： 產(chǎn)生偶極矩： 方向從負電荷指向正電荷，單位（Cm ）或Debye, 1D=3.3310-30(C m)極化機制 有電子極化、離子極化、偶極

8、子轉(zhuǎn)向極化、界面極化、諧振式極化、自發(fā)極化等多種極化機制。 重點掌握電子極化、離子極化、偶極子轉(zhuǎn)向極化等三種極化機制。電子位移式極化離子位移極化偶極子轉(zhuǎn)向極化多相陶瓷材料的介電性能 a)、混合物法則 由成分、結(jié)構(gòu)、化學組成等不同的晶體所組成的多相陶瓷材料. 設只有兩相組成陶瓷：介電常數(shù)的溫度系數(shù) 介電常數(shù)的溫度系數(shù)介電常數(shù)隨溫度變化而產(chǎn)生的相對變化率：第五章電子陶瓷的制備過程大致可分為:備料計算、粉料加工、成型、排膠、燒結(jié)、機械加工、表面金屬化等基本工序。配料計算：設原料的摩爾數(shù)為X1、X2、X3，原料的分子量（或以克為單位的摩爾質(zhì)量）為M1、M2、M3，則原料重量為: 原料的重量百分比即為若

9、考慮實際原料的純度P，則實際原料的重量應為第六章晶體的壓電性 壓電效應當晶體受外力作用發(fā)生形變時，在晶體的某些表面出現(xiàn)電荷積累的現(xiàn)象稱為正壓電效應。逆壓電效應當晶體受電場作用時，晶體會發(fā)生形變的現(xiàn)象稱為逆壓電效應。（如果電場是交變的，就會引起晶體的振動）應變S和電場E之間的關系為： dt仍稱為壓電常數(shù)。晶體是否有壓電性，是由晶體的結(jié)構(gòu)對稱性所決定的。在32種點群中，有11種點群具有對稱中心，沒有壓電性；有21種點群沒有對稱中心，可能有壓電性。在21種沒有對稱中心的點群中，點群432因為具有較高的對稱性，也沒有壓電性。具有壓電性的點群為20種。晶體對稱性對壓電常數(shù)的影響 壓電常數(shù)dijk是描述晶

10、體物理性質(zhì)的一種張量，因此將受到晶體對稱性的制約。晶體的對稱性越高，dijk的非零獨立分量的個數(shù)越少。正、逆壓電效應的張量和矩陣表示法如表所示：機電耦合系數(shù)k的定義為：機電耦合系數(shù) k 一般的通式為：對機電耦合系數(shù)k的證明： 式中：Uc為機電相互作用能 Ue 為彈性能 Up為極化能對于單位體積的壓電體, 有：機電耦合系數(shù)是一個小于1的無量綱的數(shù)。鈦酸鋇（BaTiO3）壓電陶瓷 結(jié)構(gòu)特點：BaO-TiO2系統(tǒng)的相平衡圖可知，鈦酸鋇（BaTiO3）是一致熔融化合物，其熔點為1618。在此溫度以下，1460以上結(jié)晶出來的BaTiO3屬于非鐵電的六方晶系6/mmm點群。在1460120之間BaTiO3

11、轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎解}鈦礦型結(jié)構(gòu)。相變特征復合鈣鈦礦結(jié)構(gòu) ABO3的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)要求： A位離子平均電價為+2、摩爾數(shù)為1 B位離子平均電價為+4、摩爾數(shù)為1 如果A，B位置有多種不同電價的離子，它們的電價和摩爾數(shù)應滿足上述關系。第七章微波的定義：在電磁波的全頻譜中，一般將甚高頻（30300 MHz）至近紅外（750 GHz）波段稱為微波。微波器件的分類：將300 MHz3000 GHz定義為微波波段，其中又可劃四個波段： 微波應用的特點：微波信號因為其頻率極高、波長極短，具有以下特點： 1、頻率高、信息容量大，目前可應用的微波波段數(shù)已經(jīng)超過長、中、短波段的1000倍以上。2、可進行直線傳播、具有很強的傳

12、播方向性。波束能量高、金屬目標對微波信號有強反射，可用于雷達、導航等3、對不同介質(zhì)具有強穿透和強吸收的能力，可以穿透高空電離層實現(xiàn)衛(wèi)星通信、微波治療、微波探傷等。4、微波設備的數(shù)字化可實現(xiàn)保密通信四種主要的微波陶瓷：1.BaO-TiO2系微波陶瓷BaO-TiO2體系中含有多種化合物，其介電性能隨TiO2含量的變化而變化。2. BaO-Ln2O3-TiO2系統(tǒng)這類材料的介電系數(shù)位居微波介質(zhì)陶瓷體系之首，且隨著組成的變動，可在2090（或更高）相當大的范圍內(nèi)變化，Ln3+可以是鑭系元素中任一元素或它們之間的復合，Ba可以部分用Sr，Pb，Bi2O3置換，或全部用CaO，Li2O取代或CaO-Li2

13、O復合取代。3. 復合鈣鈦礦系A（B1/3B2/3）O3系 （ABa，Sr；BMg，Zn，Co，Ni，Mn；BNb，Ta）在厘米、毫米波段使用的通信體系，要求介電材料在高頻（大于10GHz）時有很高的Q值4. 鉛基鈣鈦礦系主要指(Pb1-xCax)ZrO3、 (Pb1-xCax)(Fe1/2Nb1/2)O3、(Pb1-xCax) (Mg1/3Nb2/3)O3等系材料。 該系列材料原本是被用來制備多層電容器元件的，但J.Kato研究了它們在微波頻率下的介電特性，發(fā)現(xiàn)它們在微波頻率下同樣具有較高的介電常數(shù)和Q值，同時具有近于零的諧振頻率溫度系數(shù)。微波陶瓷的性能測試：主要測試介電常數(shù)、介電損耗、頻率

14、溫度系數(shù)有圓柱形介質(zhì)諧振器法（開式腔法）、封閉式諧振腔法和傳輸線法等。第九章燃料電池的核心部分是電解質(zhì)材料，燃料電池的發(fā)展已經(jīng)歷了3個時代、五個大類：堿性燃料電池和磷酸燃料電池；熔融碳酸鹽燃料電池和質(zhì)子交換膜燃料電池；固體氧化物燃料電池（SOFC）。問題：1、市場價格貴2、高溫時壽命及穩(wěn)定性不理想3、燃料電池技術還需發(fā)展SOFC主要由電解質(zhì)層、陽極和陰極所組成，在電解質(zhì)兩側(cè)加上陽極和陰極，成為三明治式結(jié)構(gòu)，這是SOFC的最基本的結(jié)構(gòu)之一。根據(jù)電解質(zhì)膜形狀的不同，SOFC結(jié)構(gòu)可分為：平板式、管式、瓦楞式、塊狀式、改良S型等 主要有氧化鋯基、氧化鈰基、氧化鉍基、鈣鈦礦基等電解質(zhì)材料。 氧化鋯基電解

15、質(zhì)ZrO2是SOFC中最常用的電解質(zhì)之一，穩(wěn)定化的氧化鋯是良好的氧離子導體。目前，使用最多的是8% （mol） Y2O3穩(wěn)定的ZrO2 。 8% Y2O3 ZrO2 （8YSZ）氧化鈰基電解質(zhì)材料 CeO2本身具有穩(wěn)定的螢石結(jié)構(gòu)，不像ZrO2需要添加穩(wěn)定劑，而且比Y2O3穩(wěn)定的ZrO2具有更高的離子電導率和較低的電導活化能，是一種優(yōu)良的氧離子導體。氧化鉍基電解質(zhì)材料 氧化鉍基電解質(zhì)材料與其他材料相比，在相同溫度下電導率最高，這是由它的結(jié)構(gòu)本性所決定的。純氧化鉍有兩種晶型結(jié)構(gòu)：一是Bi2O3，在低于730溫度下是穩(wěn)定的，為單斜結(jié)構(gòu)是p型導體；二是-Bi2O3，在730以上到其熔點825范圍內(nèi)穩(wěn)定存在，并且具有立方結(jié)構(gòu)。摻雜LaGaO3