《功能性陶瓷材料》课件.pptVIP

功能性陶瓷材料探索新一代高性能陶瓷材料的世界

课程概述课程目标掌握功能性陶瓷基础理论学习内容电磁、光学、热学、生物、化学功能陶瓷考核方式

功能性陶瓷材料的定义利用特殊物理化学性能，具有电、磁、光、热、力等功能的陶瓷材料1传统陶瓷以结构功能为主2过渡阶段结构与功能并重3功能陶瓷

功能性陶瓷材料的特点优异的物化性能特殊晶体结构赋予独特功能耐高温高压恶劣环境下保持稳定性能高度可设计性通过成分调控获得特定性能性能多样化

功能性陶瓷材料的分类电磁功能陶瓷压电、铁电、介电、超导光学功能陶瓷透明、发光、激光、光电热功能陶瓷热电、热敏、隔热生物功能陶瓷生物相容、生物活性化学功能陶瓷催化、传感、吸附

电磁功能陶瓷概述电学功能陶瓷利用电子或离子传输特性包括介电、压电、铁电、半导体磁学功能陶瓷利用原子磁矩排列特性包括软磁、硬磁、铁磁、反铁磁电磁复合功能多种电磁功能协同作用如磁电耦合、多铁性材料

压电陶瓷-定义与原理基本定义受外力作用产生电荷加电场产生形变工作原理晶格不对称导致电偶极矩应力→极化→电信号电场→形变→机械输出典型代表：PZT（铅锆钛酸盐）、无铅压电陶瓷

压电陶瓷的应用超声换能器医学超声、超声清洗精密执行器微定位、微操作系统能量收集装置振动能→电能转换声电转换效率高，响应速度快，精度高

铁电陶瓷-定义与特性基本定义具有自发极化方向可逆的介电材料存在居里温度点主要特性电滞回线特性极化可逆转高介电常数介电非线性

铁电陶瓷的应用存储器件铁电随机存储器高介电器件多层陶瓷电容器传感器件红外探测器电光器件光开关、调制器

介电陶瓷-基本概念介电性质在电场作用下产生极化介电常数表征极化强度的参数介电损耗极化过程中的能量损失频率特性不同频率下性能变化

介电陶瓷的性能指标介电常数极化能力强弱介电损耗能量转换效率击穿强度材料耐受电场强度温度系数温度稳定性频率特性工作频率范围

介电陶瓷的应用电容器、滤波器、谐振器、微波器件高速通信、雷达、卫星系统关键材料

磁性陶瓷-定义与分类铁氧体最重要的磁性陶瓷材料按磁特性分类软磁和硬磁两大类按晶体结构分类尖晶石型、石榴石型、六角型

软磁陶瓷特点低矫顽力窄磁滞回线高磁导率低铁损典型材料锰锌铁氧体镍锌铁氧体镁锰铁氧体

硬磁陶瓷5000Oe高矫顽力难于退磁450kJ/m3高磁能积永磁性能指标450°C高居里温度温度稳定性好典型材料：钡铁氧体、锶铁氧体、稀土永磁

磁性陶瓷的应用变压器磁芯高频电源设备永磁电机高效节能电机天线磁棒通信信号接收磁存储介质数据存储设备

半导体陶瓷-基本原理能带理论导带与价带间存在能隙能隙宽度决定导电性导电机理本征半导体：电子-空穴对N型：电子导电P型：空穴导电

半导体陶瓷的种类过渡金属氧化物ZnO、TiO?SnO?、Fe?O?复合氧化物钛酸钡锶锰酸镧非氧化物半导体碳化硅氮化镓

半导体陶瓷的应用热敏电阻温度检测与控制压敏电阻过压保护装置光电转换太阳能电池气敏元件有害气体检测

离子导体陶瓷-定义与特性基本定义以离子跃迁为主要导电机制的陶瓷导电机理晶格缺陷提供离子迁移通道主要特点高离子电导率，低电子电导率影响因素温度、氧分压、掺杂、微结构

离子导体陶瓷的应用固体氧化物燃料电池高效清洁能源转换装置氧传感器汽车尾气排放控制全固态电池新一代高安全锂电池

超导陶瓷-基本概念超导现象零电阻完全抗磁性临界温度Tc高温超导体临界温度高于液氮温度的超导体YBCO：YBa?Cu?O???BSCCO：Bi?Sr?CaCu?O???

超导陶瓷的应用前景无损输电、强磁场、磁浮列车、量子计算低温运行要求仍是实用化挑战

光学功能陶瓷概述245透明陶瓷高透光性，优异机械性能发光陶瓷能量激发下发光激光陶瓷激光增益介质光电陶瓷光电转换功能非线性光学陶瓷光学性质与光强相关

透明陶瓷-制备原理高纯超细粉体降低散射中心致密化烧结消除气孔结构控制消除二次相和晶界杂质

透明陶瓷的应用透明装甲军用防护装备光学窗口高温高压观察窗照明灯具高压钠灯外罩

发光陶瓷-发光机理能量吸收电子被激发到高能态1能级跃迁电子在能级间转移光子发射电子回到基态释放能量

发光陶瓷的种类荧光陶瓷吸收高能光子发射低能光子持续时间短长余辉陶瓷激发停止后仍能发光持续时间长上转换陶瓷吸收低能光子发射高能光子反斯托克斯发光

发光陶瓷的应用LED荧光粉、安全标识、医学显像、生物成像高效照明领域的关键材料

激光陶瓷-工作原理泵浦激发能量输入产生粒子数反转受激辐射光子诱导放大过程谐振放大光腔内多次往返增强激光输出相干单色平行光束

激光陶瓷的应用工业加工高功率切割、焊接、打标医疗应用精密手术、皮肤治疗光通信信号传输、光纤放大器国防军事激光制导、定向能武器

光电陶瓷-定义与特性基本定义光能与电能相互转换的功能陶瓷主要类型光生伏特效应光导效应光电发射效应关键特