Lecture_陶瓷材料.ppt

功能陶瓷材料Ceramic Materials 非金属材料一般指无机非金属陶瓷材料，主要包括晶体、陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等。 陶瓷材料有广义和狭义之分，广义陶瓷即指无机非金属陶瓷材料，狭义陶瓷包括传统陶瓷和精细陶瓷。 传统陶瓷——以粘土（塑性组分），长石（熔剂组分），石英（惰性组分）等天然矿物为原料，经粉碎、混合、磨细、成型、干燥、烧成等工序制成的产品。 特种陶瓷——以人工合成化合物为原料制备，用于技术和工程领域，如电子信息、能源、机械、化工、动力、生物、航天航空和其它高新技术领域。 先进陶瓷（Advanced ceramics） 精细陶瓷（Fine ceramics） 工程陶瓷（Engineering ceramics） 新型陶瓷（New ceramics） 近代陶瓷（Modern ceramics） 高技术陶瓷（High Technology ceramics） 高性能陶瓷（High Performance ceramics） 特种陶瓷（Special ceramics） 特种陶瓷的分类 结构陶瓷——主要利用其热、机械、化学功能，有耐磨损材料、高强度材料、耐热材料，硬质材料、耐冲击材料、低膨胀材料、隔热材料等结构材料。 功能陶瓷——利用其电、磁、声、光、催化、生物化学等功能，其中最主要的是绝缘材料、电介质材料、压电材料、磁性材料、半导体材料和透光性陶瓷等电子材料、具有生物化学功能的生物医用材料、抗菌陶瓷材料等。 功能陶瓷及其分类 功能陶瓷是指利用电、磁、声、光、热、力学直接效应及其耦合效应所提供的一种或多种性质来实现某种应用功能的陶瓷。广泛应用于电子技术、能源开发、传感技术和生物技术等各个领域。 功能陶瓷通常根据其本征的功能及其主要用途进行分类： 机械材料；热学材料；电学材料； 光学材料；化学材料；生物材料。 陶瓷功能材料的改进方法 从材料的组成上直接调节，优化其内在品质，包括采用非化学式计量、离子置换、加入不同类型杂质，使不同相在微观级复合，形成不同性质的晶界层等。 通过改变外界条件，即改变工艺条件和提高陶瓷材料的性能，达到获得优质材料的目的。 生物陶瓷 生物陶瓷分类 生物惰性陶瓷 2. 生物活性陶瓷 3. 生物复合材料 生物惰性材料 特点：结构稳定，化学键合力强，具有高机械强度、耐磨性及化学稳定性。 主要材料包括：氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷等 主要用途：外科手术中的生物假体，如人工关节等 生物活性陶瓷 表面生物活性陶瓷和生物吸收性陶瓷（生物降解陶瓷） 表面生物活性陶瓷特点：通常含有羟基，可做成多孔性，生物组织可长入并同其表面发生牢固的键合 生物吸收性陶瓷特点：能部分吸收或者全部吸收，在生物体内能诱发新生组织的生长。 敏感陶瓷 定义：当作用于材料元件上的某一外界条件如温度、压力、湿度、气氛、电场、磁场、光及射线等改变时，能引起该材料某种物理性能的变化，从而能从这些元件上准确迅速地获得某种有用的信号。 分类：热敏、压敏、湿敏、气敏、声波敏感陶瓷、磁敏和多敏性陶瓷 热敏陶瓷 热敏陶瓷是一类其电阻率随温度发生明显变化的材料。 分类：PTC、NTC、CTR PTC热敏电阻陶瓷 PTC: Positive Temperature Coefficient 1）居里温度TC 2）PTC热敏陶瓷材料 3）PTC热敏陶瓷的应用 居里温度Tc 在小于TC温度区域，电阻随温度升高而下降，服从eΔE/2KT规律 在TC附近时，发生相变，随温度升高，电阻急剧升高，称为PTC温度区域 在大于TC的温度区域，有呈负温度特征，服从 eΔE/2KT规律 PTC热敏陶瓷种类 两个系列： BaTiO3基PTC材料 特点：具有优良PTC效应，TC温度区域电阻率跃变达103-107 V2O3基PTC材料 特点：在常温下电阻率很小，其PTC属于金属－绝缘体型相变，没有电压效应和频率效应，可用于大电流领域的过流保护 PTC热敏陶瓷的应用 实用价值特性： 电阻率-温度、电流-电压、电流-时间、等温发热电阻、收缩振荡、发热。 应用方面： 对温度敏感，如马达的过热保护、液面深度探测、温度控制和报警、非破坏性保险丝、晶体管过热保护、温度电流控制器等； 延迟，如彩色电视机自动消磁、马达启动器、延迟开关等； 加热器，如等温发热件、空调加热器等。 NTC热敏电阻陶瓷 NTC: Negative Temperature Coefficient 定义：指随温度升高而其电阻率按指数关系减小的一类陶瓷材料。 负温度系数的温度-电阻特性：