先进陶瓷材料与工艺复习题_陶瓷工艺学复习题
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一、名词解释
先进陶瓷材料：采用高度精选或合成的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于控制的制造技术加工的、便于进行结构设计，并且有优异特性的陶瓷。抗菌陶瓷：具有抑制或杀灭细菌等微生物生长和繁殖的功能的陶瓷。
生物陶瓷：具有特定的生物或生理功能，能直接用于人体或人体相关的生物、医用、生物化学的陶瓷。
热敏陶瓷：对温度变化敏感的陶瓷。
逆压电效应：晶体在受到外电场激励下产生形变这种由电效应转换成机械效应的过程称为逆压电效应。
铁氧体：一种具有铁磁性的金属氧化物，是由三氧化二铁和一种或几种其他金属氧化物配制烧结而成。
气敏陶瓷：对气体敏感的陶瓷材料。
光敏陶瓷：也称光敏电阻瓷，在光的照射下，吸收光能，产生光电导或光生福特效应，对光敏感的陶瓷。
电致伸缩：在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。独石电容器：一种多层叠片烧结成整体独石结构的陶瓷电容器
颗粒尺寸效应：小尺寸效应：当颗粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶态纳米粒子的颗粒表面层附近的原子密度减少，导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的物理性质的变化称为小尺寸效应。受主掺杂：掺入能接受机体价电子的杂质元素。
压敏陶瓷：电阻值与外加电压成显著的非线性关系的陶瓷。
压磁铁氧体：以磁致伸缩效应为应用原理的铁氧体称为压磁铁氧体。
软团聚体：微细颗粒在相互作用力（分子间力、氢键等弱作用力的）作用下结合所形成的强度小的聚集体。
铁磁体：具有铁磁性的物质被称为铁磁体。
红外陶瓷：在一定红外波段范围内具有较高辐射率和较高辐射强度的陶瓷。磁畴：铁磁质自发磁化形成的若干个小区域。
正压电效应：晶体受到机械力的作用时，表面产生束缚电荷形成电压，这种由机械效应转换成电效应的过程称为正压电效应。
剩余极化：当铁电体材料极化至饱和后当外加电场减小到0时仍存在极化强度。导电陶瓷：在一定条件（如温度、压力）下具有电子电导或离子电导的陶瓷材料。迈斯纳效应：超导体具有完全的抗磁性的性质。
微波陶瓷：用于微波频段电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷
机电耦合系数：综合反映压电陶瓷的机械能与电能之间耦合关系的物理量。K2 =通过正（逆）压电效应得的机械能/转换时输入的总电能
磁致伸缩：磁致伸缩材料：磁场中被磁化时，其形状和尺寸都会发生变化的材料。矩磁铁氧体：指具有矩形磁滞回线、矫顽力较小的铁氧体。
全辐射率：实际物体的全部辐射能量与同一温度下绝对黑体的全部辐射能量之比。
二、问答题 1． 表征压电陶瓷的关键参数有哪些，请解释每一个参数所表示的物理意义？
答：(1)介电常数；是表征压电体的介电性质或极化性质的一个参数，通常用εr表示,其单位为法拉/米相对介电常数与介电常数及电容之间的关系为：
(2)介质损耗：在交流电压作用下，在单位时间内因发热而损耗的电能。
(3)压电常数：是压电陶瓷重要的特性参数，它是压电介质把机械能或电能转化为电能或机械能的比例常数，反映了压力或应变和电场或电位移之间的联系，直接反映了材料机电性能的耦合关系和压电效应的强弱。
(4)机电耦合系数：是一个综合反映压电陶瓷的机械能和电能之间耦合关系的没有量纲的物理量，是衡量压电陶瓷性能的重要参数之一，在设计器件时，它是决定带宽的重要因素，定义为：
（5）频率常数：压电原件的谐振与沿振动的方向的长度的乘积为一常数，称为频率常数。
（6）机械品质因子：表示陶瓷材料在谐振时机械损耗的大小。
2．表征多孔陶瓷的关键参数有哪些，请解释每一个参数所表示的物理意义，以及这些参数的测量方法？
答：（1）孔径(D)：孔径有最大孔径、最小孔径和平均孔径。最大孔径是指在一个多孔体中，用气泡法测孔径时测出的第一个气泡的孔径大小。测定：气泡法，在孔陶瓷的孔径范围内，它可按液体表面张力所引起的毛细管现象测定，表达式为
(2)孔弯曲度(a)： 孔弯曲度是指多孔陶瓷中孔的弯曲程度，实际上是流体在孔内所透过的实际路程与材料厚度之比。孔愈弯曲阻力愈大，阻挡效率也愈高。
(3)孔数(n)：孔数是指多孔陶瓷单位面积开口气孔的个数。
(4)气孔率：对多孔体陶瓷而言，主要利用其开口和半开口贯通气孔，通常称为显气孔率。于等直径球体的不规则堆积方式与气孔率的关系，可按下式计算:
(5)透气度(渗透率)(k): 这是衡量过滤效率的一项重要参数。多孔陶瓷被用于气体透过时称为透气度，而用于液体渗透时称为渗透率。透气度的大小与孔径、气孔率有关，气孔率高、孔径分布均匀则透气性能好。实际测试是用在10Pa压力下lh内气体透过厚1 cm的1 m2试样表面的气体量.(6)机械强度(σ): 多孔陶瓷是一种脆性材料，根据使用要求，一般测定其耐压和抗折强度，单位为:Pa或MPa.(7)耐化学腐蚀性能: 多孔陶瓷制品在酸性或碱性溶液或腐蚀气体的作用下，测定其耐化学腐蚀程度的大小，主要有耐酸度和耐碱度等，通常以百分数表示。
(8)密度(P):多孔陶瓷制品的体积密度，对计算其他性能和考虑应用时的结构形式有一定的指导意义。
除上述8项主要性能外，多孔陶瓷在应用时，尚有滤清性能、流量、抗热震性能和阻力等。
3.什么是PTCR，影响它的因素有哪些？ 答：正温度系数电阻。
影响因素：1）施主杂志的浓度和分布均匀性；2）坯料合成中合成烧块温度选择；3）粉料的颗粒大小几个组成的均匀程度；4）掺杂物的添加方式；5）烧成温度，升温速度，保温时间，烧成气氛和冷却速度； 4.怎样理解压电陶瓷的改性添加物中“软性”和“硬性”？
答：“软性”添加物的共同特点是可以使陶瓷性能往软的方面变化，也就是提高弹性柔顺吸数，降低低较顽场，提高体电阻率
值，提高介电常数，增大介质损耗提高。
降
“硬性” 添加物的共同特点是可以使陶瓷性能往硬的方面变化，使介电损耗降低，较顽场提高，提高阻率 变小。
值，提高介电常数，稍稍降低，使体电5.生物陶瓷是一类具有特殊生理行为要求的陶瓷材料，根据其在生物体内的功能要求，生物陶瓷材料分为那几类？生物陶瓷材料应满足那些生物学要求或条件？
答：根据其在生物体内的功能要求，生物陶瓷材料分为：
①人工骨或人造关节;②运动系统的人工脏器(如心脏瓣膜)材料;③形态修复和整形外科材料;④人造牙根和假牙;⑤人工肝脏内的吸附材料(活性碳);⑥固定酶载体(多孔玻璃);⑦诊断仪器的温度、气体、离子传感器等材料
要求：1）对人无害（无毒性，无组织刺激，无致癌作用，无血栓形成）2）与人体生物相容性好；3)与周围的骨及其他组织结合性强：4）抗张，抗折，抗压及剪切强度比自然骨高，而且在体液中强度不发生明显降低；5）耐磨损；6）硬度和弹性模量与自然骨接近；7）成型加工容易，便于临床操作
6.根据基本性能和应用状况，铁氧体材料分为哪几类？并简单说明他们的性能特点和应用情况？
答：铁氧体分为：软磁，硬磁，旋磁，矩磁，磁泡，磁光，压磁等铁氧体。
软磁:起始磁导率高，磁导率温度系数小，矫顽力小，比损耗因素要小，电阻率要高；适用于高频下使用，主要用作各种电感元件。
硬磁：剩余磁感应强度较高，矫顽力高，最大磁能积高；一般作为恒稳磁场源。旋磁铁氧体:
广泛应用于微波领域用于制作雷达，通讯，电视，测量等。矩磁铁氧体：具有矩形磁滞回线，且矫顽力较大；广泛应用于电子计算机，自动控制和远程控制等尖端科学技术中。磁泡材料：是一种新型磁存储材料，磁泡存储器具有容量大，体积小，功耗小可靠性高等优点。
磁光材料:主要用于制造大型电子计算机的外存器---磁光存储器。其具用很高的存储密度。
压磁铁氧体：具有高的磁致伸缩现象，磁致伸缩铁氧体主要用于超声器件，机械滤波器，压力传感器等，其优点：电阻率高，频率响应好，电声效率高。
7.超导陶瓷有哪些电学和磁学性质？有哪些应用？
答: 电学性质:完全导电性，电阻率趋近于零，温差电动势趋近于零，电流能破坏超导态。
磁学性质：完全抗磁性，磁场能破坏超导态，存在混合态和中间态。
应用：在电力系统方面（输配电，超导线圈，超导发电机），在交通运输方面（制造超导磁悬浮列车，超导电磁推进器和空间退进气），在选矿和探矿方面，在环保和医用方面，在高能核试验和热核聚变方面，在电子工程方面。
8．常见的绝缘陶瓷有哪些？请说明绝缘陶瓷的性能要求和应用？
答：常见绝缘陶瓷：美质瓷，氧化铝瓷，莫来石瓷，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。
性能要求：1）满足使用技术要求的介电常数，一般为较低的介电常数；
2）尽可能低的介电损耗；
3）高的体积电阻率和介电强度；
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。应用：在电子设备中作为安装，固定，支撑，保护，绝缘，隔离及连接各种无线电元件及器件的陶瓷材料。
9．请说明介电、铁电、压电陶瓷、热释电介质的关系？
答：铁电体是一种极性晶体，属于热电体，它的结构是非中心对称的。因而也一定是压电体。必须指出，压电体必须是介电体。四者关系如图：
10．请说明BaTiO3半导体陶瓷半导化的途径和机理及影响因素？
答：途径：在陶瓷中加入施主杂质，常用三氧化二镝，除此之外还要在还原气氛中烧成，其温度为：1250~1300°C
机理：
影响因素：晶粒大小，11．PZT二元系压电陶瓷性能优良，应用非常广泛，通过调整Zr/Ti比可以调整性能，在室温下大约Zr/Ti比为53/47时靠近其准同型相界（MPB），介电常数和机电耦合系数达到最大值，请问什么是准同型相界（MPB），为什么靠近准同型相界的组成介电常数和机电耦合系数出现最大值？
答：准同型相界：由于成分不同,在温度-成分相图上,随着成分的改变,相也会发生改变, 那么分离两种相的边界就称为准同型相界.通常在这个成分下是两相共存的.原因:靠近准同型相界的晶体，介于四方—菱方过度的特殊情况，两相共存。在外电场和外力作用下发生形变时，它的晶格结构能发生相变，即从四方晶相转变为菱方晶相，或从菱方晶相转变为四方晶相，有利于自发极化方向，所以在相界附近介电常数以及机电耦合系数能够达到最大值。
12．请问氧化铝生物陶瓷性能特点及在临床上的应用？
答：性能特点：机械强度高，电阻率高，电绝缘性能优良，硬度高，耐高温，耐化学腐蚀及生物相容性好，弹性模量较大，热膨胀系数小，具有优良亲水性，多晶氧化铝陶瓷具有X射线不透过性能。
临床上应用：人工关节，人工骨，人工耳小骨
13．请说明铁氧体材料的磁性来源（以反尖晶石为例）？根据基本性能和应用状况，铁氧体材料分为哪几类？并简单说明他们的性能特点和应用情况？
答：磁性来源：反尖晶石型铁氧体的结构中，由于相反方向排列的磁矩数目不等，晶体总磁矩不为零，因而使晶体显现磁性。性能及应用同6题
14．在光学陶瓷中透光性如何非常重要，请问光学陶瓷透光性好应具有哪些条件？
答：透光性重要因为:
条件：1）致密度高;2)晶界上不存在微气孔，或微气孔大小比光的波长小得多；3）晶界没有杂质或玻璃相，或晶界的光学性质与微晶体之间差别小;4)晶粒较小且均匀，其中没有空隙;5）晶体对入射光的选择吸收很小；6）无光学各向异性，晶体结构最好是立方晶系；7）表面光洁度要高
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