功能陶瓷復習題解答

1、舉出3種以上的典型的超導陶瓷(氧化物超導體)，定義及其應(yīng)用。LaBaCuo、SrBaCuo、NbBaCuo；2、說明Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ電容器陶瓷的典型資料、性能特色和用途。I類陶瓷主要用于高頻電路中使用的陶瓷電容器。性能特色a:一般擁有負溫度系數(shù)，有時為正溫度系數(shù)；b:介電常數(shù)較高為飛鐵電電容陶瓷；c:溫度系數(shù)值穩(wěn)固且高頻下及高溫時擁有低的介質(zhì)消耗。典型資料：MgTiO3瓷。II類陶瓷主要用于制造低頻電路中使用的陶瓷電容器。性能特色：a:介電常數(shù)值高（4000-8000）b:溫度穩(wěn)固性好；c:居里點在工作溫度范圍內(nèi)且能方便的調(diào)整。典型資料：BaTiO3系、反鐵電系。III類陶瓷介質(zhì)的半導體主要用于制造汽車、電子計算機等電路中要求體積特別小的電容器，性能特色a:介電常數(shù)特別大7000-幾十萬以上b:主要用于低頻下典型資料：半導化BaTiO33、何為鐵電陶瓷?BaTiO3鐵電陶瓷老化的含義是什么？是一類在某一溫度范圍內(nèi)擁有自覺極化且極化強度隨電場反向而反向，擁有與鐵磁回線相仿的電滯回線的陶瓷資料老化意義：鐵電陶瓷燒成后其介電常數(shù)和介電消耗隨時間的推移而逐漸減少4、BaTiO3陶瓷有哪幾種晶型相變？畫出BaTiO3陶瓷的介電常數(shù)-溫度特征曲線表示圖。立方相、四方相、斜方相和三方相；5、何謂移峰效應(yīng)和壓峰效應(yīng)？改性加入物可以有效的挪動居里溫度，即挪動介電常數(shù)的居里峰，但對介電常數(shù)的陡度一般不體現(xiàn)顯然的壓迫作用，這時所惹起的效應(yīng)為移峰效應(yīng)；有的改性加入物可使介電常數(shù)的居里峰遇到壓迫并展寬所惹起的效應(yīng)為壓峰效應(yīng)。6、為何BaTiO3陶瓷最適合做低頻電容器介質(zhì)？因為頻率f高升，ε降低，Tanδ高升性能惡化，所以要在低頻下使用因為新疇的成核與生長需要必定的時間內(nèi)，所以ε和f有關(guān)。消耗產(chǎn)生的原由是：1、電疇運動：疇壁運動是戰(zhàn)勝雜質(zhì)、氣孔、晶界的摩擦阻力；2、自覺極化反轉(zhuǎn)時。陪伴著會集形變的換向，一定戰(zhàn)勝晶胞間與晶粒間應(yīng)力作用的頻頻過程。都要消耗電場能，并以熱的形式相空間閑逸。反轉(zhuǎn)愈激烈，次數(shù)愈屢次，則Tanδ愈大。7、BaTiO3，PbTiO3，SrTiO3為何擁有鐵電性？它們?yōu)楹螕碛胁灰粯拥木永餃囟?？其居里點分別是多少？BaTiO3，PbTiO3，SrTiO3擁有鐵電性的原由：這三種化合物都屬于鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。由A與O離子共同作立方密積聚，B離子處于O八面體中心，全部[BO6]八面體共極點聯(lián)系，當溫度低于Tc時，B離子偏離八面體中心而產(chǎn)生離子位移極化，從而使B－O線上的O2－離子產(chǎn)生電子位移極化，相互耦合，使內(nèi)電場Ei↑→[BO6]八面體沿B－O線方向伸長，別的雙方向縮短，帶動相鄰[BO6]八面體在相同方向極化→電疇。2）Tc是自覺極化穩(wěn)固程度的量度。Tc反響了B4＋偏離氧八面體中心后的穩(wěn)固程度高低，B－O間互作用能較大，需要較大的熱運動能才能使B離子恢復到對稱均衡地點，從而摧毀晶體的鐵電性（鐵電相→順電相），所以Tc高。反之亦然。3）120、490、—250。8、對BaTiO3電容器的要求如何？在使用溫度范圍內(nèi)，擁有盡可能高的介電常數(shù)，盡可能低的介電常數(shù)變化率或容量變化率，盡可能高的Ej，盡可能低的tgδ，介電常數(shù)隨交直流電場的變化盡可能小和盡可能小的老化率。9、BaTiO3陶瓷為何要在采納氧化氛圍下燒結(jié)？保持氧化氛圍防范因為還原氛圍使部分Ti4+轉(zhuǎn)變成Ti3+產(chǎn)生氧空位從而以致BaTio3陶瓷介質(zhì)的電性能惡化，消耗顯著增添10、簡述BaTiO3陶瓷產(chǎn)生半導化門路和機理。1）原子價控制法（施主混淆法），用離于半徑與Ba2+周邊的La3+、Y3+、Sb3+等三價離子置換Ba2+離子;用離于半徑與Ti4+周邊的Nb5+、Ta5+等五價離子置換Ti4+離子.在室溫下，上述離子電離而成為施主，向BaTiO3供給導帶電子（使部分Ti4++e→Ti3+），從而ρV降落（102Ω?cm），成為半導瓷。2）強迫還原法，BaTiO3陶瓷在真空、惰性氛圍或還原氛圍中燒成時，將生成氧空位而使部分Ti4+→Ti3+，可制得ρv為102~106Ω·cm的半導體陶瓷。3）AST法，當資猜中含有Fe、K等受主雜質(zhì)時，不利于晶粒半導化。加入SiO2或AST玻璃（Al2O3·SiO2·TiO2）可以使上述有害半導的雜質(zhì)從晶粒進入晶界，富集于晶界，從而有益于陶瓷的半導化。4）對于工業(yè)純原料，原子價控制法的不足，對于工業(yè)純原料，因為含雜量較高，特別是含有Fe3+、Mn3+(或Mn2+)、Cu+、Cr3+、Mg2+、Al3+(K+、Na+)等離子，它們常常在燒結(jié)過程中取代BaTiO3中的Ti4+離子而成為受主，防礙BaTiO3的半導化。11、高頻電容器陶瓷產(chǎn)生高介電系數(shù)的原由。金紅石型和鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的陶瓷擁有特別的結(jié)構(gòu)，離子位移極化后，產(chǎn)生強盛的局部內(nèi)電場，并進一步產(chǎn)生激烈的離子位移極化和電子位移極化，使得作用在離子上的內(nèi)電場獲取顯著增強，故ε大。鈦酸鍶鉍也是利用SrTiO3鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的內(nèi)電場，而加入鈦酸鉍等，使之產(chǎn)生鍶離子空位，產(chǎn)生離子廢弛極化，從而使ε增大。12、說明金紅石電容器陶瓷在生產(chǎn)和使用中應(yīng)當注意的問題。1、防范sio2雜質(zhì)的引入2、因為Tio2可塑性差，坯料還需要適合的迂腐時間，是氧化鈦水解提升了可塑性3、嚴格控制燒結(jié)溫度4、嚴格控制氛圍保證氧化氛圍燒結(jié)因為tio2高溫下發(fā)生分解，Nb5+/Sb5+存在會是Tio2還原5、Tio2陶瓷電容器使用銀電極且長久在高平和直流電場下工作時會發(fā)生電化學反響使Ti4+被還原為Ti3+(直流老化)是金紅石陶瓷性能惡化。13、什么是介電常數(shù)的溫度系數(shù)α？說明高頻電容器陶瓷介電系數(shù)的溫度系數(shù)不一樣的原由。何謂溫度賠償電容器ε陶瓷和溫度穩(wěn)固電容器陶瓷，有何應(yīng)用？為何在高頻穩(wěn)固電容器陶瓷鈦酸鎂瓷加入鈦酸鈣可以調(diào)理αε？有什么實質(zhì)意義？1）介電常數(shù)溫度系數(shù)：在必定溫度范圍內(nèi)，溫度每高升一攝氏度時介電常數(shù)的相對均勻變化率。2）實質(zhì)意義：正鈦酸鎂和偏鈦酸鎂都有小的正αε，其與負的αε，晶相鈦酸鈣適合配比，制的擁有系列αε，的瓷料14、微波介質(zhì)陶瓷的性能要求如何？有何意義？按其介電常數(shù)分類有哪些？列出以上典型的陶瓷資料系統(tǒng)，說明其應(yīng)用背景。微波介質(zhì)陶瓷（MWDC）：是指應(yīng)用于微波頻段（主若是UHF/SHF頻段，300MHz—300GHz）電路中作為介質(zhì)資料并完成一種或多種功能的陶瓷。它在微波器中作介質(zhì)諧振器。15、性能特色：高介電常數(shù)，高質(zhì)量因數(shù)，近零的諧振頻率溫度系數(shù)。工作穩(wěn)固，不產(chǎn)生漂移。16、介電常數(shù)分類：（1）高介電常數(shù)，低質(zhì)量因數(shù)BaO-稀土-TiO21-3GHz（2）中介電常數(shù)，中質(zhì)量因數(shù)BaO-TiO2系和Ba2Ti90203-10GHz(3)低質(zhì)量因數(shù)，高質(zhì)量因數(shù)。BZT>10GHz應(yīng)用背景：高介電常數(shù)f1-3GHz用于挪動通訊；中介電常數(shù)f3-10GHz用于衛(wèi)星基站；低介電常數(shù)f>10GHz用于衛(wèi)星雷達。17、15、說明微波介質(zhì)陶瓷的低溫燒結(jié)工藝的方法和特色，其說明其意義。方法：（1）加助燒劑（低融化點玻璃、低熔點氧化物陶瓷）（2）濕化學方法制備超細粉納米顆粒（3）采納燃燒溫度原來就很低的燃料。意義：MLCC使多層陶瓷電容器，它用鉛-鈀做電極，成本高，是高溫共燒，而為了降低成本，采納Ltcc，用純銀是低溫共燒16、何謂MLCC？說明其特色和應(yīng)用。簡述MLCC的制造工藝。MLCC獨石電容器是印有內(nèi)電極的陶瓷膜以必定方式重疊形成的生胚經(jīng)共同燒結(jié)后形成一個整體的“獨石結(jié)構(gòu)”。特點：體積小、比容大、等效串通電阻小、無極性、固有電感小、抗?jié)裥院谩⒖孔V性高等優(yōu)點。可有效減小電子信息終端產(chǎn)品（特別是便攜式產(chǎn)品）的體積和重量，提升產(chǎn)品靠譜性，適應(yīng)了IT家產(chǎn)小型化、輕量化、高性能、多功能的發(fā)展方向。應(yīng)用：大批用于混淆集成電路中作為貼裝元件和其余對靠譜性要求較高的小型化電子設(shè)備中。MLCC獨石電容器生產(chǎn)工藝：17、簡述含鉍層狀結(jié)構(gòu)化合物系的MLCC的性能特色。18、解析增添PbTiO3和Bi2O3的Pb(Mg1/3Nb2/3)O3系陶瓷的構(gòu)成和性能。19、什么是PZT陶瓷？何謂PZT壓電陶瓷準同型相界(MPB)?PZT陶瓷：PbZrO3和PbTiO3的結(jié)構(gòu)相同，Zr4+與Ti4+的半徑周邊，二者可形成無窮固溶體，可表示為Pb(ZrxTi1-x)O3，簡稱PZT瓷。PZT壓電陶瓷準同型相界(MPB)：四方鐵電相和三方鐵電相的共存地域，其電疇的極化方向為兩相極化方向之和。20、為何PZT壓電陶瓷中PbZrO3含量在53％mol時（Zr/Ti=53/47）時，壓電性能最好？三元系壓電陶瓷PMN-PT-PZ的構(gòu)成如何？相對于二元系壓電陶瓷，有何特色？跟著Zr含量的增添，鐵電相變得愈來愈不穩(wěn)固，當Zr含量超出必定限度是（Ti大于53/47）就發(fā)生了質(zhì)變，出現(xiàn)了菱面結(jié)構(gòu)。相同，跟著Ti含量的增添，菱面結(jié)構(gòu)顯得愈來愈不穩(wěn)固。在Zr/Ti小于53/47便出現(xiàn)四方結(jié)構(gòu)。所以說在Zr/Ti=53/47時，PZT壓電陶瓷的壓電性能最好。三元系電陶瓷PMN-PT-PZ的構(gòu)成為Pb(Mg1/3Nb2/3)瓷對比，其易燒結(jié)，鉛揮發(fā)少，相界由PZT的點擴展為線，性能可有更大的選擇余地。21、何謂軟性增添物和硬性增添物？它們對資料的性能和燒結(jié)工藝有哪些影響？“軟性”增添物是指加入這些增添物后能使矯頑場強EC↓，因此在電場或應(yīng)力作用下，資料性質(zhì)變“軟”?！坝残浴痹鎏砦锸侵讣尤脒@些增添物后能使陶瓷的介電常數(shù)，介電消耗，體積電阻率，彈性柔性系數(shù)和壓電性能能降低?！败浖痹鎏砦飳Y料的性能和燒結(jié)工藝的影響：ε、s、tgδ、ρυ和Kp增大。Qm和Ec變小，電滯回線近于矩形。老化性能好。顏色淺，多為黃色。“硬性”增添物對資料的性能和燒結(jié)工藝的影響：使ε、tgδ、ρv、s和壓電性能Kp↓；使Qm↑，Ec↑，極化和去極化作用困難且顏色較深。22、壓電陶瓷制備工藝中為何要人工極化?對于鐵電陶瓷來說，固然各晶粒都有較強的壓電效應(yīng)，但因為晶粒和電疇分布無必定規(guī)則，各方向幾率相同，使∑P=0，因此不顯壓電效應(yīng)，故一定經(jīng)過人工預(yù)極化辦理，使∑P≠0，才能對外顯示壓電效應(yīng)。23、簡述鋰離子電池的結(jié)構(gòu)。鋰離子電池有哪些特征？24、目前鋰離子電池的正極資料有哪幾類？各有什么優(yōu)弊端？鋰離子電池的正極資料可分為：層狀結(jié)構(gòu)資料（LiCoO2），其特色為：合成方法比較簡單；工作電壓高，充放電電壓平穩(wěn)，循環(huán)性能好；實質(zhì)容量較低，只有理論容量的一半；鈷資源有限，價格昂貴；鈷毒性較大，環(huán)境污染大。層狀結(jié)構(gòu)資料（LiNiO2），其特色為：相對于LiCoO2而言，鎳的儲量比鈷大，價格廉價，并且環(huán)境污染小。弊端：制備困難；結(jié)構(gòu)不穩(wěn)固，易生成Li1-yNi1+yO2。使得部分Ni位于Li層中，降低了Li離子的擴散效率和循環(huán)性能。尖晶石結(jié)構(gòu)資料LiMn2O4），其特色為：電化學性能好、成本低、資源豐富以及無毒性。橄欖石型結(jié)構(gòu)資料（LiFePO4），其特色為：（1）優(yōu)異的安全性能（2）優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)固性，8000次高倍率充放電循環(huán)，不存在安全問題。（3）適于大電流放電。溫度越高資料的比容量越大。（4）成本低，環(huán)保。（5）較高的動力學和熱力學穩(wěn)固性。存在的主要問題（1）結(jié)構(gòu)中沒有連續(xù)直接的鋰離子通道，使得離子遷徙率低。（2）結(jié)構(gòu)中沒有連續(xù)的FeO6八面體網(wǎng)絡(luò)，電子只好依靠Fe-O-Fe傳導，導電率低25、什么是PTC陶瓷？簡述BaTiO3陶瓷產(chǎn)生PTC效應(yīng)的條件和半導化門路。PTC陶瓷：是指陶瓷的電阻率隨溫度高升而增添的陶瓷。BaTiO3陶瓷產(chǎn)生PTC效應(yīng)的條件：只有晶粒充分半導化，晶界擁有適合絕緣性的BaTiO3系陶瓷才有顯著的PTC效應(yīng)。半導化門路：采納施主混淆半導化，使晶粒充分半導化；采納氧化性氛圍燒結(jié)，使晶界及其周邊氧化，體現(xiàn)適合的絕緣性。26、什么是壓敏陶瓷？簡要說明ZnO壓敏陶瓷的壓敏機理。壓敏陶瓷是指電阻值與外加電壓成顯著的非直線性關(guān)系的陶瓷。壓敏機理：半導化ZnO壓敏陶瓷中德混淆物（氧化物）使晶界有深能級圈套，即表面態(tài)能級。27、SnO2氣敏陶瓷為何希望獲取超細的粉料？說出4種制備超細SnO2方法。因為SnO2粉料越細，其比表面就越大，對待測氣體就越敏感。制備超細SnO2方法：用錫鹽制SnO2；在空氣中加熱Sn，氧化而成SnO2；利用氣態(tài)Sn和等離子氧反響制超細SnO2；利用SnCl4水解制SnO2。28、說明氧化鋯導電陶瓷的導電機理。簡述其氧氣敏原理及應(yīng)用。導電機理：氧濃差電池?二價也許三價金屬離子置換四價鋯離子，產(chǎn)生氧空位，氧空位的產(chǎn)生是氧空位作為載流子形成電導。氧氣敏基根源理：形成氧濃差，在氧氣擴散的條件下氧空位作為載流子形成電導；應(yīng)用：在工業(yè)中使用可燃氣體作原料經(jīng)常用它報警和實行控制，如ZrO2/TiO2，傳感器可檢測汽車發(fā)動機和發(fā)電廠鍋爐排氣中氧的濃度，以控制空氣燃料比（空燃比A/F）等用途29、何謂SOFC？畫簡圖說明SOFC的結(jié)構(gòu)，簡述SOFC的工作原理。SOFC：固體氧化物燃料電池；SOFC的結(jié)構(gòu)：主要有固體電解質(zhì)、陽極和陰極構(gòu)成。工作原理：當空氣穿過陰極資料時，因為遇到催化發(fā)應(yīng)發(fā)生電化學反響：1/2O2+2e﹣→O2-所產(chǎn)生的陽離子電導的固體電解質(zhì)資料傳到陽極，在界面上發(fā)生電化學反響，從而產(chǎn)生電子，電子經(jīng)陽極經(jīng)外循環(huán)電路傳輸?shù)疥帢O，從而產(chǎn)生電流。30、SOFC的結(jié)構(gòu)對資料有何性能要求？其常用資料有哪些？有何性能特色？性能要求：要求其擁有特別高德陽離子電導率，而電子電導率應(yīng)極小，要有開放式的結(jié)構(gòu)，一定是致密的，擁有高度的氣密性。常用資料：電極資料、連接體資料和密封資料。性能特色：1）電極資料：很好的電子電導率；多孔性；不與電解質(zhì)資料反響，熱膨脹系數(shù)要盡可能湊近；陰極資料應(yīng)擁有必定的離子導電率，對O2擁有優(yōu)異的電化學活性;2）連接體材料：擁有很好的抗高溫氧化性和優(yōu)異的導電性及般配的熱膨脹系數(shù)；3）高溫無機密封資料：具備高溫下密封性好、穩(wěn)固性高以及與固體電解質(zhì)和連接板資料熱膨脹兼容性好等特色。31、軟磁鐵氧體有哪些特征？常有資料有哪些系統(tǒng)？硬磁鐵氧體有哪些特征？常有資料有哪些系統(tǒng)？制備各向異性的硬磁鐵氧體有什么意義？如何制備？軟磁鐵氧體的特征：品種最多，應(yīng)用最廣；在較弱的磁場作用下，很簡單被磁化也簡單被退磁；初步磁導率μ0高，相同電感量的線圈體積減??；磁導率溫度系數(shù)要??；矯頑力Hc要??；比消耗要素tgδ/要μ0小，電阻率要高，減少消耗，合用于高頻下使用。系統(tǒng)：尖晶石結(jié)構(gòu)和平面型六角晶體結(jié)構(gòu)磁鉛石型的甚高頻鐵氧體。硬磁鐵氧體的特征：被磁化后不易退磁，能長久保留磁性。殘留磁感覺強度Br較高（0.3~0.5T），矯頑力Hc高（0.1~0.4T）；磁能積（BH）max高（6000~40000J/m3），高于高碳鋼。資料系統(tǒng)：鋇鐵氧體、思鐵氧體。32、鐵氧體的晶體結(jié)構(gòu)主要有哪些?尖晶石、磁鉛石、石榴石、鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)33、鐵氧體粉料制備工藝有哪幾種?鐵氧體單晶制備工藝有哪幾種?粉料：化學共積淀法、氧化物球磨混淆法、電解共積淀法、鹽類分解法、噴霧煅燒法；單晶：布里茲曼法熔鹽法、提拉法、水熱合成法、熔融法34、低介裝置瓷對性能有何要求？說明其典型資料和應(yīng)用。要求：1）絕緣電阻高（室溫,ρv＞1012Ω·cm）和高介電強度＞10kv／mm。以減少漏導消耗和承受較高的電壓。2）εr小（＜9），可減少不用要的分布電容值，防范在線路中產(chǎn)生惡劣的影響。εr越小，tgδ也越小。(低介裝置瓷)。3）高頻電場下的tgδ要小(2~90)×10-4，tgδ大會造成資料發(fā)熱和附帶的衰減現(xiàn)象。4）較高的機械強度:ζbb=45~300MPa；ζb=400~2000MPa5）優(yōu)異的化學穩(wěn)固性。6）特別要求：高頻裝置瓷要求膨脹系數(shù)小，熱導率高，抗熱沖擊。集成電路基片要求高導熱系數(shù)，適合的膨脹系數(shù)、平坦、高表面光潔度及易鍍膜或表面金屬化。典型資料：氧化物(單元和多元)和非氧化物（氮化物為主）。多晶和單晶（人工合成云母、人造藍寶石、尖晶石、BeO及石英）礦物：塊滑石、高鋁瓷、鋇長石、莫來石瓷、鎂橄欖石瓷、堇青石瓷等。應(yīng)用：電子陶瓷領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)陶瓷，用于電子技術(shù)、微電子技術(shù)和光電子技術(shù)中起絕緣、支撐、保護作用的陶瓷裝置部件、陶瓷基片以及多層陶瓷封裝等的瓷料。35、說明滑石瓷生產(chǎn)和使用中簡單出現(xiàn)的問題和原由。問題：老化、開裂、燒結(jié)溫區(qū)過窄；老化的原由：原頑輝石≡斜頑輝石→{密度↑體積↓}→內(nèi)應(yīng)力↑→微裂紋、白斑→老化；開裂的原由：內(nèi)因?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)?各向異性[縮短各向異性外因成型過程中的定向擺列晶粒結(jié)構(gòu)定向擺列密度各向異性36、高導熱晶體應(yīng)具備哪些結(jié)構(gòu)特色？典型資料有哪些？說明AlN瓷的性能特色和應(yīng)用。結(jié)構(gòu)特色：共價鍵很強;結(jié)構(gòu)基元的種類較少(單質(zhì)晶體