[材料科学]第四章 功能陶瓷.ppt

离子传导型气敏陶瓷 这是一类固体电解质陶瓷，典型的如ZrO2-x系列氧气敏陶瓷，化合物中有大量的氧离子空位。 氧浓差电极工作原理 固体电解质浓差电极工作示意图 氧分压高的一侧（阴极）发生以下化学反应： 而氧分压低的一侧（阴极）则发生以下化学反应： 从而发生氧离子从阴极向阳极的流动，因而形成化学势的差异，在固体电解质两侧产生了氧浓度电动势Φ 因此，在一侧通已知氧分压的气体，就可测得另一侧的氧分压。 ZrO2系氧气敏感陶瓷巳获得许多方面的应用，如用于汽车氧传感器，以输出信号来调节空燃比为某固定值，起到净化排气和节能的作用。此外还用于钢液中含氧量的快速分析、工业废水污浊程度的测量等。 ZrO2-x与ZnO、SnO2、 γ-Fe2O3等气敏陶瓷不同的是，其载流子是离子而不是电子。 典型气敏陶瓷及其基本特性 4.2.4 湿敏陶瓷 湿敏陶瓷简介 湿敏陶瓷(humidity sensor)是对湿度敏感的半导体陶瓷。当半导体元件周围的湿度发生变化时，半导体陶瓷的电阻值随湿度的改变也相应地发生变化。因此，可以将湿度的变化转换为湿敏陶瓷电阻率的变化，并用电信号输出。 存在有两类湿敏陶瓷，一类湿敏陶瓷的电阻率随湿度的增加而下降，称为负特性湿敏陶瓷，如ZnO-Li2O-V2O5、SiO2-Na2O-V2O5等；另一类湿敏陶瓷的电阻率随湿度的增加而增加，称为正特性湿敏陶瓷，如Fe3O4等。 几种负特性湿敏半导瓷 Fe3O4半导瓷的正湿敏特性 与气敏陶瓷一样，由于起敏感作用的仅为材料的表面层，因而烧结型块状湿敏陶瓷多为多孔型的，孔隙率在30%～40%。除此以外，也使用薄膜或厚膜型湿敏元件。 用来衡量湿敏元件性能的主要指标有如下几个： 湿度量程：在规定的环境条件下，湿敏元件能够正常地测量的测湿范围称为湿度量程。测湿量程越宽，湿敏元件的使用价值越高。 灵敏度（湿敏度）：湿敏元件的灵敏度可用元件的输出量变化与输入量变化之比来表示。对于湿敏电阻器来说，常以相对湿度变化1% RH时电阻值变化的百分率表示，其单位为%/%RH。 对于超声波换能器，压电陶瓷作为超声波发生源的振子，在100千赫以上的高频范围内或者在水下用的声频仪器上，几乎全部采用压电陶瓷振子。它具有灵敏度高，稳定性好功率大等特点。所用产品领域有计量、化工、医疗等。 压电陶瓷可以用于微位移和转动装置。当对压电陶瓷施加直流电场时，陶瓷就产生静态变形。控制电压的升降，就能使压电陶瓷产生伸缩，得到纳米数量级的精确位移。由于这种微位移器无需机械转动机构，因而具有灵敏度高，动作快的优点。而且，还可以遥控，在真空中使用，已用于扫描电镜的载物台，调节激光频率等。 滤波器是利用压电振子的特性，在线路中分割频率时，只允许某一频段通过，而使其余频段受阻。声表面滤波器SAW因其优良的延时特性而用于彩色电视机的中频图像传输信号。 超声马达是压电陶瓷应用的一个引人注目的新领域。它是利用压电陶瓷的逆压电效应，直接把电能置换成机械能而无需通常的电磁线圈的新型电机。它具有结构简单、起动快、转矩大、体积小并可低速运行而无需减速机构等特点。 压电陶瓷材料应用汇总 4.2 敏感陶瓷 敏感陶瓷是传感器中关键材料之一，用于制作敏感元件。敏感陶瓷多属半导体陶瓷。 半导体陶瓷的电阻率约为104～107Ω·cm。在半导体的能带分布中，禁带较窄，所以价带中的部分电子易被激发越过禁带，进入导带成为自由电子，产生导电性。 半导体陶瓷主要是由离子键构成的金属氧化物多晶体。离子键氧化物一般是绝缘体，不具有导电性-----陶瓷材料可以通过掺杂（加入少量不同电价的金属）或者使化学计量比偏离而造成晶格缺陷等方法获得半导特性。 半导体陶瓷的共同特点是：它们的导电性随环境而变化。根据这些陶瓷的电阻率、电动势等物理量对热、湿、光、电压及某些气体、某些离子的变化特别敏感的特性，可把这些材料分别称为热敏、压敏、气敏、湿敏、光敏及离子敏感陶瓷等。 4.2.1 热敏陶瓷 热敏陶瓷温度传感器是利用材料的电阻、磁性、介电性等性质随温度而变化的现象制作的器件，可用于制作温度的测定、线路温度补偿及稳频等元件，具有灵敏度高、稳定性好、制造工艺简单及价格便宜等待点。 热敏陶瓷的分类 按照热敏陶瓷的阻温特性，可把热敏陶瓷分为： 负温度系数(NTC)热敏陶瓷，陶瓷的电阻随温度的升高而降低； 正温度系数(PTC)热敏陶瓷，电阻随温度的升高而增加； 临界温度热敏陶瓷C.T.R，电阻在特定的温度范围内急剧变化； 线性阻温特性热敏陶瓷。 PTC热敏电阻陶瓷 PTC热敏电阻陶瓷主要是掺杂（稀土元素）的BaTiO3系陶瓷，其电阻率下降至10-2- 102 ?·cm。与此同时，若温