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先进陶瓷材料及进展复*资料-尹奇异

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填空题 1、陶瓷电容器可以分为:温度补偿型、半导体型、高介电常数型及高压型电容器。 2、纳米陶瓷的制备包括:纳米粉体、纳米薄膜和纳米块体材料的制备。 3、缺陷反应方程式的规则:质量关系——原子数*衡;位置关系——格点数成正确比例; 电荷关系——电荷*衡。 4、半导体陶瓷电容器按其结构和工艺可分为三类:表面阻挡层型、表面还原-再氧化型、 晶界层型。 5、磁性陶瓷按晶体结构及化学组成可分为:尖晶石型、石榴石型和磁铅石型。 6、半导体中的电子吸收光子能量后的跃迁形式有:本征吸收、激子吸收、自由载流子吸收、 杂质吸收、晶格振动吸收。 7、湿敏半导体陶瓷按其工艺过程可分为:瓷粉膜型、烧结型和厚膜型。 8、居里区的相变扩张包括:热起伏相变扩张、应力起伏相变扩张、成分起伏相变扩张、结 构起伏相变扩张。 8、陶瓷的缺陷种类有:瞬时缺陷、电子缺陷、点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。 9、陶瓷的主要成型方法:可塑成型、注浆成型、压制成型。 名词解释 1、热释电效应:晶体受热温度升高,由于温度的变化而导致自发极化的变化,在晶体的一 定方向上产生表面电荷的现象。 2、抗热震性:材料承受温度的急剧变化而抵抗破坏的能力。 3、迈斯纳效应:在超导状态,外加磁场不能进入超导体的内部,原来处在外磁场中的正常 态样品,变成超导体后,也会把原来在体内的磁场完全排出去,保持体内磁感应强度 B=0, 超导体的这一性质被称为迈斯纳效应。 4、纳米陶瓷:是指在陶瓷材料的显微结构中,晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺 寸、缺陷尺寸等都处于纳米水*的一类陶瓷材料。 5、量子尺寸效应:指当粒子尺寸下降到某一数值时,费米能级附*的电子能级由准连续变 为离散能级或者能隙变宽的现象。 6、断裂韧性:表征材料阻止裂纹扩展的能力,是度量材料的韧性好坏的一个定量

指标。
7、团聚体:初级粒子或聚集体以边或角相互连接而形成的集合体。 8、固体电解质:具有离子电导的固体物质称为固体电解质。 9、体积效应:黏胶基碳纤维的括拉强度随着测试长度或直径的增加而下降。 10、膨胀系数: 膨胀系数是表征物体热膨胀性质的物理量, 即表征物体受热时其长度、 面积、 体积增大程度的物理量。物体在温度上升 1K 时所增大的体积和原来体积之比或所增加的长 度和原来的长度之比。 简答题 1、简述硬团聚体的形成机理及其消除方法?

硬团聚体是由于化学结合的 OH-基团间的氢键作用形成桥氧键, 颗粒之间的桥氧 键相互作用而形成。 防止方法:a、选择合适的温度、PH 值、浓度、反应时间等工艺参数;b、在反 应体系中加入适量的添加剂、矿化剂、分散剂等;c、选择最佳的煅烧条件或采 用特殊的工艺。 消除方法:沉淀或沉降、研磨和超声波处理、加入分散剂等。
2、电子的有效质量与电子的自由质量有何区别?
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答:晶体中的电子有效质量是非常不同于自由电子的质量。自由电子的质量是标量,而有效 质量是一个张量。自由电子的质量是常数,有效质量不是常数,而是波矢 k 的函数。有效质 量可以取正值,也可以取负值,甚至可以为无穷大。在能带底附*,有效质量为正,而在能 带顶附*,有效质量为负,在电子速度的拐点处,能量 E(k)二阶微商为零,有效质量则为无 穷大。在自由电子情况,加速度方向和外场力方向是一致的。但对晶体中电子,有雨有效质 量是张量,外场力下的加速度方向与外场力方向可以不一致。 3、块体纳米晶材料的制备方法主要有哪几种方式? 答: 第一种是由小变大(纳米微粒烧结成块体纳米晶材料)。 即先由惰性气体冷凝法、 沉淀法、 溶胶--凝胶法、机械球磨法等工艺制成纳米粉,然后通过原位加压、热等静压,激光压缩、 微波放电等离子等方法烧结成大块纳米晶材料;第二种方式是由大变小,即非晶晶化法,使 大块非晶变成大块纳米晶材料,或利用各种沉积技术(PVD、CVD 等)获得大块纳米晶材料。 4、针对当前滑石瓷存在老化、开裂和烧结温区过窄的问题有哪些处理措施? 答:防老化措施:a 用粘度大的玻璃相包裹晶粒,防止相变 b. 抑制晶粒生长 c. 去除游离 石英。防开裂措施: a. 1300~1350℃高温预烧 b. 热压铸成型。扩大烧结温区的措施:扩展 下限:a)、提高粉料的活性:粉料细化,降低预烧温度或采用一次配料成瓷; b)、加入助 熔剂 BaCO3:在 800℃~950℃出现 Ba-Al-Si 玻璃,包裹偏硅酸镁晶粒促进烧结;扩展上限: a)、提高玻璃相黏度:b)、加入阻制剂 ZrO2、ZnO,使 Mg-Al-Si 液相黏度大,胚体不易变 形。 5、何谓反铁电体?它具有什么特征? 答:晶体结构与同型铁电体相*,但相邻离子沿反*行方向产生自发极化,净自发极化强度 为零,不存在类似于铁电体中的电滞回线。在外电场、热应力诱导下反铁电体相将向铁电体 相转变,呈现双电滞回线,反铁电体电畴呈反向*行,无宏观自发极化。 6、何为旋转铁氧体?主要应用在哪些方面? 答:旋转铁氧体又称为微波铁氧体。在高频磁场作用下,*面偏振的电磁波在铁氧体中按一 定的方向传播时,偏振面会不断绕传播方向旋转的铁氧体材料。主要用于微波、毫米波铁氧 体器件的研制中。 7、铁氧体陶瓷按晶体结构可以分为哪些?按性质和用途可以分为哪些?性能表征参数有哪 些? 答: (1)按铁氧体的晶体结构分:尖晶石型(MFe2O4) 、石榴石型(R3Fe5O12) 、磁铅石型 (MFe12O19) 。 (M 为铁旋元素、R 为稀土元素) 。 (2)按铁氧体的性质及用途分:软磁、 硬瓷、旋瓷、矩瓷、等铁氧体。 (3)按其结晶状态分:单晶体和多晶体铁氧体。 (4)从外观 形态可分为:粉末、薄膜和题体材等。 (5)性能表征参数:剩余系感应强度 Br、矫顽力 Hc、 瓷能级 Bh、磁感应强度、起始导磁率、最大导磁率。 8、表征压电陶瓷性能的参数有哪些?压电陶瓷应用在哪些方面? 答:性能的参数:弹性常数、机械品质因素、压电常数和压电方程、机电耦合系数。 应用: 压电陶瓷变压器、高位移的新型压电制动器、医用微型压电陶瓷传感器、用于主动减振和降 噪的压电器件。 9、铁电材料、压电材料及热释电材料在晶体结构及材料特性上有何异同? 答:同:均不具有对称中心。异:压电陶瓷是电介质陶瓷的一个重要组成部分,它包括压电 陶瓷、热释电陶瓷和铁电陶瓷三种。在载流子极少的电介质中间,其介电特性和组成它的原 子排列密切相关,即晶体本身在在构成原子的离子电荷缺少对称时呈现介电性,另外,因压 力而产生变形,离子电荷的对称性破坏时呈压电性,在压电晶体中,具有自发极化的晶体, 其大小能随晶体的温度变化而变化,称为热释电性。在热释电晶体中,其自发极化方向随外 加电场而转向的材料称为铁电体。 电介质陶瓷、 热释电陶瓷及铁电陶瓷的关系为 (介电体 (压 电体(热释电体(铁电体) ) ) ) 10 铁电体的极化特征是什么? 答:结构上具有电畴,宏观上具有电滞回线。 11 极化反转的基本过程包括哪几个阶段?
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答:a 新畴成核 b 畴的纵向长大 c 畴的横向长大 d 畴的合并。 12 热释电效应的检验方法是什么?具体怎样检验? 答:检验方法:热释电探测器。用红外照射到待检验的元件上,若该元件具有热释电效应那 么由于温度的变化就会导致内在的变化, 探测器极板上电荷会瞬时失去*衡而感应电压再经 过放大器将微小的电压信号放大送至功率放大器转换为声音信号, 故只需检测声音信号就可 以检验该元件是否有热释电效应。 13 固体激光器的发光原理及基本类型是什么? 答、 :在固体激光器中,由泵浦系统辐射的光能,经过聚焦腔,使在固体工作物质中的激活 粒子能够有效地吸收光能, 让工作物质中形成粒子数反转, 通过谐振腔, 从而输出激光。 基 本类型: 晶体激光器以红宝石和掺钕钇铝石榴石为典型代表。 玻璃激光器是以钕玻璃激光器 为典型代表。 14 热释电陶瓷探测器的工作过程是什么? a、接收辐射(红外辐射)产生温升 b、由于温升而引起热释电晶片表面电荷的变化(极化 变化)c、由于晶片表面电荷变化引起晶片上、下表面电势差的变化,通过放大器使其转换 成电压或电流进行测量。 15 何为发光材料,阐述其工作原理? 发光材料:物质内部以某种方式吸收能量,将其转化成光辐射(非*衡辐射)的过程称为发 光,而能够实现上述过程的物质叫做发光材料。 16、何为旋转铁氧体?主要应用在哪些方面? 答: 旋转铁氧体是指在高频磁场作用下, *面偏振的电磁波在磁性介质中按一定方向传播的 过程中, 偏振面不断绕传播方向旋转的一种铁氧体。 主要用在以下领域: 铁磁共振吸收现象、 旋磁特性及高功率非线性效应。 17、电致伸缩效应的特征有哪些?电致伸缩陶瓷有哪些优点? 答:电致伸缩:外电场作用下电介质所产生的与场强二次方成正比的应变。特征:应变的正 负与外电场方向无关。 论述题 1、何谓铁电陶瓷?其烧结过程可以分为哪几个阶段?

答:铁电陶瓷指主晶相为铁电体的陶瓷。烧结过程:a 烧结初期:在这一阶段, 颗粒的外形基本上不变,整个烧结体不发生收缩,密度增加也极微,但是烧结体 的强度和塑性由于颗粒间结合面增大而又明显的增加。b 烧结中期:此时晶粒继 续均匀长大,细小颗粒之间开始形成晶界,气孔缩小,烧结体进一步致密化。c 烧结后期: 此时将发生主要的晶粒长大, 气孔形状转变为*球形并不断缩小体积, 少数空隙会合并,烧结体基本定型。
2、黏土在陶瓷生产中的作用?

答:a、赋予坯泥一定的可塑性,是陶瓷坯体可塑成型的工艺基础。 b、使注浆 泥料及釉料具有悬浮性和稳定性。 c、在坯料中结合其它非可塑性原料,使坯泥 具有一定干坯强度。d、黏土是瓷坯化学组成中 Al2O3 的主要来源,也就是烧成 时生成莫来石主要来源,莫来石晶体存在及其数量多少决定着瓷的许多使用性 能。
3、生物陶瓷的特殊生理行为,是指其必须能满足哪些生物学要求?

(生物陶瓷:具有特殊生理行为的陶瓷材料。特殊生理:生物相容性、力学相容 性、 与生物组织有优异的亲和性、 抗血栓、 灭菌性、 具有很好的化学物理稳定性。
4、简述纳米材料界面的结构模型? 答:通常有类气态模型、有序模型和结构特征分布模型。 (1)类气态模型,又称无序模 型,认为纳米晶界面内原子排列既无长程有序,又无短程有序,是一种类气态的、无序程度 很高的结构。由于与大量的事实有出入,1990 年以来文献上不再引用这个模型。 (2)有序模
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型,这个模型认为纳米材料的界面原子排列是有序的,很多人都支持这种看法。但在描述纳 米材料界面有序程度上尚有差别, 主要有以下四个方面的不同观点: ①纳米材料界面结构和 粗晶材料的界面结构在本质上没有多大差别;② 界面原子排列是有序的或局域有序的;③ 界面是扩展有序的;④界面有序是有条件的,主要取决于界面原子之间的间距(ra)和颗粒大 小(d 为粒径)。当 ra ? d/2,界面为有序结构,反之界面为无序结构。 (3)结构特征分布模型, 这个模型认为界面并不是具有单一的、同样的结构,界面结构是多种多样的。由于在能量、 缺陷、相邻晶粒取向以及杂质偏聚上的差别,使纳米材料的界面存在一个结构特征分布。 5、分析铁电体的电滞回线各个阶段的物理意义? 答;在一个电畴内,偶极子的取向相同,但不同的电畴,取向则是随机,因此,在没有外电 场的作用下,整个晶体不存在宏观偶极距,当这种陶瓷至于电场中时,电畴开始沿电场方向 转动,材料开始极化,随着电场 E 的增加,极化强度 P 沿着 OABC 曲线增加,到最大值 C 点时,电场强度继续增加,极化强度 P 不再增加,之后,当 E 降低并回到零时,P 有所降低, 但并不回到零,而是剩余一个极化强度 Pr,称剩余极化强度。要使 P 降低到零,必须施加 一个反向的电场,当反向电场强度达到一定值 Ec 时,P 降至零,Ec 称为矫顽电场。继续增 大反向电场强度,又会产生反向的极化,最后形成类似于磁滞回线的曲线称为电滞回线。 6、何为压电陶瓷?压电效应具体是指什么?晶体结构有哪些类型? 答:压电陶瓷,一种能够将机械能和电能互转换的功能陶瓷材料。在无对称中心的晶体上施 加一应力时, 晶体发生与应力成比例的极化, 导致晶体两端表面出现符号相反的电荷, 反之, 当这类晶体施加一电场时, 晶体将产生与电场强度成比例的应变, 这两种效应都称为压电效 应(前为正,后为逆) 。晶体结构类型:钙钛矿结构、钨青铜型结构、铌酸锂型结构、秘层 状结构。 7、简述在制备纳米陶瓷粉体过程中硬团聚体的形成机理、防止方法及其消除方法? 答:压电陶瓷的晶体结构上没有对称中心,因而具有压电效应,即具有机械能和电能之间的 转换和逆转换功能。必要条件:a、晶体结构具有不对称性,即具有电偶极子;b、是绝缘体 或导体;c、晶体结构必须带有正电荷或负电荷的质点。制备方法:固相法、液相法、溶胶 凝胶法、水热法、熔盐法。

8、何谓半导化?有几种途径?试说明PTC效应机理?(以BaTiO3为例)
答:半导化是指在氧化物晶体材料的禁带中引入浅的附加能级。半导化途径有:强制还 原法、施主掺杂法和 AST 掺杂法。PTC 陶瓷效应机理:①N 型半导体陶瓷晶界具有表面能 级;②表面能级可以捕获载流子,产生电子损耗层,形成肖特基势垒。在烧结时,需要采用 氧化气氛,缓慢冷却,使晶界充分氧化,因此所得烧结体表面覆盖着高阻氧化层,在被电极 前将氧化层去除;③肖特基势垒高度与介电常数有关,介电常数越大,势垒越低;④温度超 过居里点,材料的介电常数急剧减小,势垒增高,电阻率急剧增加。

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