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陶瓷材料解析:新型陶瓷的分类—功能陶瓷的分类

作者:材料科学与工程技术 更新时间:2019-07-17 08:48 来源:材料科学与工程技术 点击数:1079

功能陶瓷大体可分成电功能、磁功能、光功能及化学功能陶瓷四大类。


一、绝缘陶瓷

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(氧化铝绝缘陶瓷片)

绝缘陶瓷的分类,一般可按化学组成和相成份来划分,主要有以下几种:

镁质瓷;氧化铝瓷;莫来石陶瓷;改性碳化硅陶瓷;氮化硅陶瓷;氮化铝陶瓷;硼酸铅玻璃陶瓷;硼酸锡钡陶瓷;氧化铍陶瓷。

现代绝缘陶瓷材料的成分与普通电瓷有着本质的区别。绝缘陶瓷的性能应符合如下要求:

1)满足使用技术要求的介电常数。

2)尽可能低的介质损耗。

3)高的体积电阻率和耐电强度。

4)良好的介电温度和频率特性。

5)优良的导热性能、机械强度、断裂韧性、化学稳定性和热稳定性。


二、电介质陶瓷

电介质即是绝缘体,电介质陶瓷即是指电阻率大于108Ωm的陶瓷材料,能承受较强的电场而不被击穿。陶瓷的介电性能决定于感应极化的产生及其随时间的建立过程,而介电常数随频率和温度的变化是决定电介质应用的重要因素。

电介质陶瓷的一般特性

1)电绝缘与极化

电介质陶瓷中的分子正负电荷彼此强烈地束缚,在弱电场的作用下,虽然正电荷沿电场方向移动,负电荷逆电场方向移动,但它们并不能挣脱彼此的束缚而形成电流,因而具有较高的体积电阻率,具有绝缘性。由于电荷的移动,造成了正负电荷中心不重合,在电介质陶瓷内部形成偶极距,产生了极化。

2)极化与介电损耗

电介质陶瓷的另一特性是介电损耗。任何电介质在电场作用下,总会或多或少的把部分电能转变成热能使介质发热,在单位时间内因发热而消耗的能量称为损耗功率或简称介电损耗。

电介质陶瓷的分类

电介质陶瓷在静电场或交变电场中使用,评价其特性主要指标有体积电阻率、介电常数和介电损耗等参数。根据这些参数的不同,可把电介质陶瓷分为电绝缘陶瓷即装置陶瓷和电容器陶瓷。按性质分别称为压电陶瓷、热释电陶瓷和铁电陶瓷。

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(微波介质陶瓷基板)

三、压电陶瓷

压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料,属于无机非金属材料。压电陶瓷具有敏感的特性,可以将极其微弱的机械振动转换成电信号,可用于声纳系统、气象探测、遥测环境保护、家用电器等。压电陶瓷对外力的敏感使它可以感应到十几米外飞虫拍打翅膀对空气的扰动,用它来制作压电地震仪,能精确地测出地震强度,指示出地震的方位和距离,这不能不说是压电陶瓷的一大奇功。常用的压电陶瓷有钛酸钡系、锆钛酸铅二元系及在二元系中添加第三种ABO3(A表示二价金属离子,B表示四价金属离子或几种离子总和为正四价)型化合物,如:Pb(Mn1/3Nb2/3)O3和Pb(Co1/3Nb2/3)O3等组成的三元系。

压电陶瓷的制造工艺:

压电陶瓷的制备工艺过程和电子陶瓷相似,但也有其本身的特点。它的生产过程一般包括配料→混料→预烧→粉碎→成型→排胶→烧成→被电极→极化→测试→检验→包装。

压电陶瓷的应用:

压电陶瓷的用途很广。下表列出了压电陶瓷的应用范围。

振 子 和 换 能 器

应   用   例   子

压电振子

滤波器、谐振器、振荡器

复合振子

压电音叉、机械滤波器

压电变压器

静电复印、静电除尘、光电倍增管等高压电源

 压电延迟线

电视、通讯设备、计算机等用延迟装置

测量元件

压力计、振动计、加速度计

超声计测

流量计、流速计、风速计、声速计、液面计

电声换能器

拾音器、传声器、扬声器、耳机助听器、蜂鸣器、电视遥控、送受话器

水声换能器

声纳

固体声换能器

超声探伤仪、厚度计、测震仪

物理声学换能器

超声衍射光栅、超声马达

大功率超声换能器

清洗、焊接、乳化、揽拌、混合、促进反应

医用超声换能器

听诊器、起搏器、血压器

其它

压电点火器、引燃引爆、压电泵


四、磁性陶瓷

磁性陶瓷简称磁性瓷,它是铁和其它一种或多种金属元素的复合氧化物,通常称为铁氧体,其导电性与半导体材料相类似,因其制备工艺和外观类似陶瓷而得名。它在现代无线电电子学、自动控制、微波技术、电子计算机、信息储存、激光调制等方面都有广泛的用途。

磁性陶瓷按其晶格类型可分为八类。若按照磁性陶瓷的磁学性质和应用情况来区分,可分为软磁、永(硬)磁、旋磁、矩瓷和压磁等五种类型。

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(永磁铁氧体)


五、敏感陶瓷

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(NTC热敏电阻)

敏感陶瓷是指对信息感受和功能变换具有敏感特性的多晶无机材料,属功能陶瓷的一个重要组成部分。特别是近年来,随着计算技术的迅速发展和对敏感器件的迫切要求,敏感陶瓷及其器件应用等方面的研究开发正不断扩展,将成为当今社会高度机械化、自动化和信息化所必需的重要技术基础。

敏感陶瓷是指某些性能随外界条件(温度、电压、湿度、气氛)的变化而发生改变的陶瓷。这类陶瓷主要用于遥感测量及自动化控制领域。

敏感陶瓷的分类

敏感陶瓷材料主要分三大类:

1)传感器用敏感陶瓷,其中有属于化学传感器的湿敏和各种气敏传感器用陶瓷材料和蜀物性传感器的温敏、压力敏和声敏等传感器用陶瓷;

2)非线性敏感陶瓷,用于自控加热非线性热敏元件和用于变阻器和避雷器等电压非线性压敏元件;

3)致动敏感陶瓷,主要用于压电和电致伸缩微位移制动器和光致伸缩敏感元件等。


六、电真空陶瓷

电真空器件是电子工业中重要的元器件之一。由于陶瓷材料具有优良的机械性能、介电性能及耐高温性能等特性,特别是陶瓷材料的金属化和与金属进行真空气密封接技术已成熟,工业上开始用陶瓷来取代玻璃作为电真空器件的管壳;取代云母作为电子管内部的装置瓷;取代胶木作为器件外部的装置瓷。我们通常将在电真空器件中应用的陶瓷称为电真空陶瓷。

按应用的要求,电真空陶瓷基本上可用于内、外两个方面。用于电真空器件内部的零件诸如固定阴极、阳极、栅极等极间距离的绝缘瓷夹板,行波管慢波系统螺旋线结构的夹持杆,微波管输出窗,电子管的陶瓷外壳等。用于电真空器件外部的零件一般称作瓷底板,用于固定各电极引出线的绝缘瓷底板通常采用高压电瓷、滑石瓷、75%氧化铝瓷等制作而成。而用于电真空器件内部零件的陶瓷材料涉及面广,可按用途不同而选择低损耗滑石瓷、镁橄榄石瓷、锆英石陶瓷、氧化铝陶瓷、氧化铍陶瓷、氮化硼陶瓷材料。

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(氧化铝真空开关外壳)