功能陶瓷的物理性能PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1　功能陶瓷的基本性质 1

1.2　功能陶瓷的分类及应用 2

1.3　功能陶瓷的发展 6

第2章　功能陶瓷的电导 7

2.1　量子电导理论初步 7

2.1.1　波粒二象性 7

2.2　电导、电导率与电阻率 8

2.1.2　费米能级 8

2.3　载流子 12

2.4　离子电导 16

2.4.1　晶体的缺陷及其浓度 16

2.4.2　离子载流子的迁移 22

2.4.3　离子电导率 27

2.5 电子电导 30

2.5.1　晶体中电子的能带 30

2.5.2　电子载流子的浓度 32

2.5.3　电子载流子的迁移及迁移率 34

2.5.4　影响电子电导率的因素 37

2.6　空间电荷效应 42

2.7　高温直流负荷下陶瓷材料的电化学老化 45

2.8　陶瓷的表面电导 47

2.9　玻璃的电导 48

2.10　功能陶瓷材料的电导 49

参考文献 50

3.1　极化强度 51

第3章　功能陶瓷的极化 51

3.2　表面电荷 52

3.3　介电系数 53

3.4　极化强度P与介电系数ε的关系 55

3.5　克劳修斯-莫索蒂方程 56

3.6　极化的基本形式 59

3.6.1　位移极化 60

3.6.2　松弛极化 66

3.6.3　其他极化形式 72

3.7.1　混合物法则 74

3.7　陶瓷材料的极化 74

3.7.2　陶瓷介质的极化 75

3.7.3　介电常数的温度系数和主要的影响因素 75

参考文献 78

第4章　介质耗损 79

4.1　介质损耗及其基本形式 79

4.1.1　介质损耗 79

4.1.2　电导损耗 81

4.1.3　离子松弛损耗 83

4.2　有电导的陶瓷介质损耗 89

4.2.1　恒定电场下的吸收电流 89

4.2.2　交变电场下的极化电流和电流叠加原理 90

4.3　陶瓷材料的介质损耗 95

4.3.1　离子晶体的介质损耗 95

4.3.2　玻璃的介质损耗 96

4.3.3　电离损耗和结构损耗 97

4.3.4　降低陶瓷材料介质损耗的常用方法 97

参考文献 99

第5章 陶瓷材料的击穿 100

5.1　介质的击穿 100

5.2　击穿的基本形式 101

5.2.1　热击穿 102

5.2.2　电击穿 106

5.3　影响陶瓷材料击穿强度的因素 107

5.3.1　不均匀介质中电压的分配 108

5.3.2　陶瓷中的内电离 111

5.3.3　表面放电和边缘击穿 114

5.3.4 强电场作用下介质的应力 116

参考文献 118

第6章　铁电体和铁电性 119

6.1　铁电体 119

6.2 BaTiO3晶体 120

6.2.1 BaTiO3晶体的结构 120

6.2.2　BaTiO3晶体的电畴结构 123

6.2.3　BaTiO3晶体的介电-温度特性 124

6.3.1 BaTiO3基陶瓷的一般结构 125

6.3　BaTiO3基陶瓷的组成结构和性质 125

6.3.2　BaTiO3基陶瓷的电致伸缩和电滞回线 126

6.3.3 BaTiO3陶瓷的介电系数-温度特性 127

6.3.4　压力对BaTiO3基陶瓷介电性能的影响 130

6.3.5 BaTiO3陶瓷的击穿 131

6.3.6　BaTiO3陶瓷的老化 132

6.3.7　铁电陶瓷的非线性 132

6.3.8　BaTiO3陶瓷的置换改性和掺杂改性 133

6.4.2　铁电陶瓷的应用和典型陶瓷材料 135

6.4　铁电陶瓷的应用 135

6.4.1　铁电陶瓷应具备的主要性能 135

6.5　反铁电陶瓷的性能及其应用 140

6.5.1　反铁电体的微观结构 140

6.5.2　反铁电介质陶瓷的特性和用途 142

6.6　铁电半导体陶瓷材料 145

6.6.1 BaTiO3陶瓷的半导化 145

6.6.2　影响BaTiO3陶瓷半导化的因素 153

6.7.1　表面层陶瓷电容器 159

6.7　半导体陶瓷的应用 159

6.7.2　晶界层陶瓷介质及晶界层陶瓷电容器 161

6.8　弛豫铁电体的特性、研究与应用 164

6.8.1　弛豫铁电体的特性 164

6.8.2　弛豫铁电陶瓷材料的研究与发展 165

6.8.3　弛豫铁电陶瓷材料的应用 167

参考文献 168

第7章　压电性 169

7.1 自发极化与铁电性 169

7.2　压电效应 170

7.3　压电晶体 172

7.4　压电陶瓷材料的极化 175

7.5　压电陶瓷的主要性能参数 177

7.5.1　频率常数N 177

7.5.2　机电耦合系数 178

7.5.3　机械品质因数 179

7.6　压电陶瓷的压电方程 180

7.6.1　第一类压电方程组 180

7.5.4　弹性柔顺常数 180

7.6.2　第二类压电方程组 183

7.6.3　第三类压电方程组 183

7.6.4　第四类压电方程组 183

7.7　压电振子 184

7.7.1　压电陶瓷振子 184

7.7.2　压电振子的振动模式 185

7.8　压电陶瓷性能的稳定性 188

7.9　压电陶瓷的应用及发展 190

参考文献 197

第8章　功能陶瓷的力学性质 198

8.1 陶瓷材料的受力形变 198

8.1.1　应力-应变曲线 198

8.1.2　陶瓷材料的弹性变形 199

8.1.3　陶瓷材料的塑性形变 201

8.2　断裂力学基础 205

8.2.1　理论断裂强度 206

8.2.2　Griffith断裂理论 207

8.2.3　材料的断裂韧性 210

8.3　提高陶瓷材料强度和韧性的常用方法 215

参考文献 217

第9章　热学性能 218

9.1　晶格热振动 218

9.1.1　一维晶格的本征振动 218

9.2　材料的热容 227

9.2.1　热容的概念 227

9.2.2　固体热容理论 227

9.2.3　材料的德拜温度及相变 232

9.3.1　热膨胀系数 234

9.3　材料的热膨胀性能 234

9.3.2　固体热膨胀机理 235

9.3.3　热膨胀系数的影响因素 238

9.3.4　多晶体复合材料热膨胀 240

9.4　材料热传导 242

9.4.1　基本概念和基本定律 242

9.4.2　热传导理论 243

9.4.3　多相和复合材料的热导率 246

9.4.4　热导率的影响因素 247

9.5　材料的抗热振性 250

参考文献 258

第10章　功能陶瓷的光学性质 259

10.1　光通过介质的现象 260

10.1.1　折射 260

10.1.2　色散 262

10.1.3　反射 263

10.1.4　吸收 272

10.1.5　散射 275

10.1.6　透射 277

10.2　无机材料的颜色 282

10.3　无机材料的红外光学性质 284

10.3.1 红外技术 284

10.3.2　红外透过材料 285

10.3.3　红外探测原理 286

10.3.4　热探测器材料 287

10.4　材料的光发射 288

10.4.1　材料发光的基本性质 290

10.4.2　荧光和磷光 292

10.4.3　发光二极管 294

10.5　光电效应 295

10.5.1　光生伏特效应 295

10.5.2　光电转换效率 296

10.6　非线性极化 298

10.7　电光及声光材料 300

参考文献 302

11.1　绪论 303

第11章　功能陶瓷的磁学性能 303

11.2　磁性的种类 306

11.3　材料的磁性来源 309

11.3.1　材料的磁性来源于原子磁矩 309

11.3.2　电子轨道磁矩 309

11.3.3　电子自旋磁矩 310

11.3.4　原子的总磁矩 310

11.4　宏观物质的磁性 311

11.4.1　强磁性物质的磁性特征 311

11.4.2　亚铁磁性氧化物的磁性 313

11.5　与磁性有关的交叉物理效应 321

11.5.1　磁热效应 321

11.5.2　磁电效应 323

11.5.3　磁光和光磁效应 331

参考文献 332

第12章　功能陶瓷的耦合性质 333

12.1　功能材料的压电效应 333

12.2.1　热释电现象 335

12.2　功能材料的热释电效应 335

12.2.2　热释电体的结构特点 336

12.2.3　热释电效应的热力学 336

12.2.4　热释电系数 337

12.3　功能材料的电光效应 338

12.4　功能材料的光电效应 339

12.5　功能材料的磁光效应 340

12.5.1　磁光效应 341

12.5.2　磁光材料及应用 342

12.6.1　声光相互作用：布拉格衍射和拉曼-奈斯衍射 345

12.6　功能材料的声光效应 345

12.6.2　声光效应的应用 347

参考文献 349

第13章　敏感陶瓷的性质 350

13.1　热敏陶瓷 350

13.1.1　陶瓷热敏电阻的基本参数 350

13.1.2　正温度系数热敏电阻的主要特性及理论模型 354

13.1.3　负温度系数（NTC）热敏电阻 367

13.1.4　热敏电阻的稳定性 370

13.1.5　NTC热敏电阻的应用及发展 372

13.2　光敏陶瓷材料的基本性能及应用 374

13.2.1　光电导效应 374

13.2.2　光敏电阻陶瓷的主要特性 375

13.2.3　光敏陶瓷材料的应用、研究和发展 377

13.2.4　铁电陶瓷的电光效应、应用及其发展 380

13.3　湿敏陶瓷材料的基本性能和应用 386

13.3.1　湿敏陶瓷的主要特性 387

13.3.2　湿敏机理 388

13.3.3　湿敏陶瓷材料及元件 391

13.3.4　湿敏陶瓷元件的应用 393

13.4　压敏陶瓷材料的基本性能和应用 394

13.4.1　压敏半导体陶瓷的基本性能 395

13.4.2　ZnO压敏陶瓷 400

13.4.3　ZnO压敏陶瓷的导电机理 404

13.4.4　压敏陶瓷材料 407

13.4.5　压敏电阻的应用 409

13.5　气敏陶瓷材料的性能及应用 410

13.5.1　气敏元件的主要特性 411

13.5.2　等温吸附方程 412

13.5.3　SnO2系气敏元件 413

13.5.4　氧化锌（ZnO）系气敏元件 421

13.5.5　氧化铁系气敏元件 421

13.5.6　气敏陶瓷元件的应用和发展 423

参考文献 423

第14章 生物陶瓷材料的物理性能 425

14.1　生物陶瓷材料的基本分类 425

14.2.1　氧化铝陶瓷 426

14.2　生物惰性陶瓷 426

14.2.2　氧化锆陶瓷 427

14.2.3　碳材料 429

14.3　表面活性生物陶瓷 433

14.3.1　生物活性玻璃和玻璃陶瓷 433

14.3.2　羟基磷灰石 437

14.3.3　磷酸钙骨水泥 439

14.4　生物可降解陶瓷材料 443

14.4.1　硫酸钙 443

14.4.2　β-磷酸三钙材料 444

14.5　生物医用纳米材料 447

14.5.1　纳米氧化铁 447

14.5.2　纳米羟基磷灰石 448

14.5.3　其他纳米材料 450

14.6　生物医用复合材料 450

14.6.1　生物活性陶瓷之间的复合 450

14.6.2　生物活性陶瓷与生物惰性陶瓷的复合 451

14.6.3　生物活性陶瓷与生物高分子材料的复合 451

14.6.5　生物活性陶瓷与人体组织中的有机质复合 452

14.6.4　生物活性陶瓷与金属表面的复合 452

参考文献 453

第15章　超导电性 456

15.1　超导电现象和超导临界参量 456

15.2　超导体的性质 458

15.2.1　完全抗磁性 458

15.2.2　约瑟夫逊效应 460

15.3　超导电性的唯象理论 461

15.4.2　超导合金 463

15.4.1　元素超导体 463

15.4　超导体的分类 463

15.4.3　超导陶瓷 465

15.5　高温超导材料的应用与前景 466

15.5.1　超导量子干涉计SQCID 467

15.5.2　超导变压器 467

15.5.3　磁通变换器 468

15.5.4　超导计算机 468

15.5.5　混频器 468

15.5.7 高温超导无源、有源微波器件 469

15.5.6　多层结构 469

15.5.8　超导电缆 470

15.5.9　超导同步发电机 470

15.5.10　超导磁能存储系统 470

15.5.11　超导电磁推进系统 471

15.5.12　超导磁悬浮装置 471

15.6　提高超导陶瓷Tc及Jc的途径 472

参考文献 475

第16章　纳米材料的物理性能 476

16.1　纳米材料的概念 476

16.2　纳米材料的超塑性 477

16.3　纳米固体材料热学性能 479

16.4　纳米固体材料光学性能 481

16.5　纳米固体材料磁学性能 485

16.6　纳米固体材料电学性能 486

16.7　纳米材料的应用 491

参考文献 493