1信息材料定义:是为实现信息探测、传输、存储、显示和处理等功能而使用的材料2根据信息材料的功能,可把信息材料主要分为:信息探测材料信息存储材料信息处理材料信息传输材料信息显示材料3氧化物法/ 固相反应烧结法优点:工艺成熟、成本低廉,适合于批量化大生产。
缺点:材料成分容易偏析,组分不易精确控制,性能难以精确控制(1)原料的选择与处理:原料在纯度、颗粒形状和粒径分布、杂质含量等方面差别很大,进而对陶瓷的性能产生较大的影响。
(2) 计算、配料:不同的配方意味不同性能材料。
具体的配方多数是在系统研究的成果和理论的定性指导下按照使用要求确定的。
(3)一次球磨:目的主要是混合均匀,以利于预烧时固相反应完全。
球磨中通过介质球与原料的撞击、碾压、摩擦将粉料磨细并混合均匀,粉料比表面积上升,自由能上升,从而使烧结时固相反应加快而且完全。
合理的选择球磨介质以及介质大小的配比,料、球和水的配比、球磨的时间等,以提高球磨质量和效率(4)预烧:指低于烧结温度下将一次球磨后的粉料煅烧数小时(一般在700~1200℃保温几个小时,烧粘结剂),主要目的是为了使各种氧化物初步发生化学反应,减少烧结时产品的收缩率。
预烧温度的选择对于控制收缩率、粉料活性以及最终烧结温度的确定都有很大影响。
(5)二次球磨预烧过的粉料会出现结块,经过破碎后,加入适量的添加剂,要进行二次球磨。
二次球磨的主要作用是将预烧料碾磨成一定颗粒尺寸的粉体,使粉料的粒径分布较窄,以利于成型。
二次球磨的时间对材料电磁性能有很大的影响,球磨时间太短,则粉料粒径偏大,球磨时间太长,不但对粉料粒径影响不大,反而会带入杂质,从而降低材料的性能。
(6)造粒:为了提高成型效率与产品质量,需要将二次球磨后的粉料与稀释的粘合剂混合,研磨混合均匀后,过筛成一定尺寸的颗粒。
造粒后的粉料要求有一定的分散性、流动性要好,非常细的颗粒要少,这样成型时就能很快地流进并填满模具内的空间,这样有利于成型样品的均匀性。
(7)成型将造粒后的粉料按要求的形状在一定的压力下压成坯件形状(液压机等静压成型)。
干压成型法:使模具中的粉料被压成具有一定机械强度、不致在烧结前破碎的生坯。
(8)烧结烧结过程对电子陶瓷的性能有着决定性意义。
因为烧结过程影响到固相反应的程度及最后的相组成、密度、晶粒大小等等,这些都不同程度的影响着产品的电磁性能,可以说,如果配方是确定材料性能的内因,那么烧结就是保证获得最佳磁性能的最重要外因。
烧结过程包括升温、保温、降温三个阶段,升温:控制一定升温速度,以防止水分、粘合剂集中挥发引起坯件热开裂与变形保温:通常烧结温度的提高和保温时间的延长会促进固相反应完全,密度增加,气孔减少,晶粒增大降温过程:对控制产品的性能有时是由决定性意义的。
冷却过程中将会引起产品的氧化或还原等方面的问题。
合适的冷却速度有利于控制产品合格率,并优化材料性能。
(9)测试:包括宏观性能和微观性能的检测4.湿化学法优点:可将粒子尺寸控制在相当小的范围内,使均匀性达到亚微米级、纳米级甚至分子、原子级水平。
缺点:工艺复杂,成本高,有空气污染。
目前,在电子陶瓷材料制备中,应用最多的湿化学法为溶胶溶胶-凝胶法的主要原理:将易于水解的金属化合物(无机盐或金属醇盐)在溶液中与水发生水解反应,加入一定的其它成分(如凝胶剂)形成均匀的溶胶,在一定的温度下溶胶经水解和缩聚过程而逐渐凝胶化;凝胶再经干燥、灼烧等后续热处理,最后得到所需的材料。
溶胶-凝胶过程是在较低温度下通过溶液中的化学反应合成无定形网络结构的途径,它不同于溶液中的析晶过程。
这一技术的关键是获得高质量的溶胶和凝胶。
5.与其他制备材料的湿化学法或氧化物法相比,溶胶-凝胶法具有以下一些独特的优点:•(1)制备过程温度低。
材料制备过程易于控制,甚至可以制备传统工艺难以得到或根本得不到的材料。
•(2)所得材料的均匀性好。
多组分溶液是分子级、原子级的混合,均匀程度极高。
•(3)可以合成微粒子陶瓷。
可以制备分散性好的微粒子原粉,进而制备粒子大小均匀一致的高性能烧结体。
可以制备纳米级别的粒子。
而固相反应法最多只能制备微米级的颗粒。
6.复合材料的定义:是指由两种或两种以上物理和化学性质不相同的物质组合而成的一种多相固体材料,具有其组成物的多种功能(优良性能)7信息功能陶瓷种类及应用(1)电介质陶瓷:按用途,:分为铁电介质陶瓷、高频介电陶瓷、半导体介电陶瓷、微波介电陶瓷、独石结构用介电陶瓷等国家标准将:分为Ⅰ类陶瓷介质,高频电路电容器;Ⅱ类陶瓷介质,低频电路电容器;Ⅲ类陶瓷介质,又称半导体陶瓷介质,体积非常小的电容器,介电系数非常高。
①铁电介质陶瓷:某些电介质可自发极化,在外电场作用自发极化能重新取向的现象称铁电效应。
具有这种性能的陶瓷称铁电陶瓷。
铁电陶瓷大多以BaTiO3或PbTiO3基固溶体为主晶相,是制造低频陶瓷电容器的重要介质材料。
Ⅱ类瓷介电容器。
铁电陶瓷主要特征:(1)在一定温度范围内存在自发极化,当高于某一居里温度时,自发极化消失,铁电相变为顺电相;(2)存在电畴;(3)发生极化状态改变时,其介电常数-温度特性发生显著变化,出现峰值,并服从Curie-Weiss定律;(4)极化强度随外加电场强度而变化,形成电滞回线;(5)在电场作用下产生电致伸缩或电致应变。
此外,其电性能具有高的抗电压强度和介电常数以及低的老化率。
(6)铁电体最显著的特征,或者说宏观的表现就具有电滞回线②半导体电介质陶瓷:Ⅲ类瓷介电容器。
BaTiO 3陶瓷的半导体化。
根据半导体陶瓷介质的特性,可分为阻挡层型、还原再氧化层型和晶界层型三种结构形式热敏陶瓷,压电陶瓷,气敏陶瓷,湿敏陶瓷,光敏陶瓷,多功能陶瓷8压电效应:某些物质沿某一方向受到外力作用时,会产生变形,同时其内部产生极化现象,此时在这种材料的两个表面产生符号相反的电荷,当外力去掉后,它又重新恢复到不带电的状态,这种现象被称为压电效应。
当作用力方向改变时,电荷极性也随之改变。
这种机械能转化为电能的现象称为“正压电效应”或“顺压电效应”。
9.陶瓷基功能复合材料功能复合材料是指除力学性能外还具有其他物理性能并包括部分化学甚至生物性能的复合材料。
陶瓷基功能复合材料:以电子陶瓷为主相构成的功能复合材料,包括陶瓷与陶瓷的复合、陶瓷与树脂的复合、陶瓷与金属的复合等10.磁性的分类:M=xH; B=μ0(H+M)=μ0 (x+1)H定义μ=1+x,则B= μ0μH=μ0M抗磁性、顺磁性、反铁磁性、铁磁性和亚铁磁性五类具有铁磁性和亚铁磁性的材料才能算真正的磁性材料(表示宏观有磁性的材料)除此剩余三种为宏观无磁性11.磁性材料的分类:硬磁(永磁):a 、稀土合金硬磁:种类:包括烧结稀土硬磁和粘结稀土硬磁;优点:磁能积大;缺点:成本高;用途:对外提供磁场的领域b 、铁氧体硬磁:种类:主要为六角晶系Ba 铁氧体;优点:成本低廉;缺点:磁能积较小;用途:对外提供磁场的领域C 、旋磁(微波铁氧体):种类:包括尖晶石系、石榴石系和六角晶系铁氧体旋磁;用途:用于制作各种微波旋磁器件,如隔离器、环行器、移相器等等矩磁:用于磁存储压磁:基于磁致伸缩效应的应用12.居里温度:铁氧体的居里点指铁氧体材料从亚铁磁性状态转变为顺磁性状态的临界温度。
(磁畴消失),铁磁与亚铁磁都存在居里温度。
反铁磁具有的是奈尔温度。
13.软磁铁氧体:两大显著特征:磁滞现象和磁饱和现象磁滞回线和饱和磁滞回线区别:---同一磁芯的磁滞回线有无穷多条,因为对其施加任意的大小的交变外加磁场,都会产生对应的磁滞回线。
而其饱和磁滞回线则是唯一的14.磁导率:(1)影响起始磁导率μ的因素:i对μ i 贡献包括畴壁的可逆位移和磁畴矢量的可逆转动。
(2)提高起始磁导率的途径:提高材料的饱和磁化强度降低磁晶各向异性常数和磁滞伸缩系数减少杂质和内应力(3)改善微观结构:晶粒大,均匀;没有气孔、杂质及其它缺陷;在晶粒内部不出现另相,所有非磁性析出物或气孔只能集中在晶界附近;晶粒内部有良好的化学均匀性;频率高则磁导率必然降低,这两个参数是不可兼得的15.磁芯损耗:本征静态磁特性磁导率μ为实数(不考虑磁化的时间问题);在交变磁场下,铁磁体内的B和H均随时间而变化,它们之间不仅有振幅的大小关系,还有相位关系,因此须采用复数磁导率来同时反映两者振幅和相位的关系。
16.磁性损耗的分类:(1)磁滞损耗-可通过降低材料剩磁Br和矫顽力Hc来降低。
(2)涡流损耗-可通过提高材料电阻率ρ及减小片状材料厚度d来降低。
(3)剩余损耗-可通过①减小扩散离子浓度,抑制离子扩散的产生来降低,对于铁氧体材料而言,则是尽量减小铁氧体中Fe 2+含量或生成;②在工艺和成分配制上进行控制,使铁氧体在应用频率和工作温度范围内避开损耗最大值。
注:静态磁化是只有磁滞损耗,动态(交变磁场)磁化时还含有涡流与剩余损耗。
17.磁芯用材料的特性:主要要求Bs大、居里温度高、损耗低,具有较高磁导率。
低频选用硅钢片,高频选用功率铁氧体材料。
对功率铁氧体材料微观结构的要求。
1)晶粒内无杂质,无缺陷,有较高的磁导率;2)晶粒的尺寸较小,而且均匀一致;3)晶界出聚集高电阻的杂质,晶界较薄;4)气孔小,而且仅存在于晶界中。
18.低功率线性变压器对铁氧体磁芯材料的要求:(了解)1、尽量高的磁导率;2、谐波失真系数尽量低;3、其它温度系数、居里温度、抗直流偏置等要求。
(1)低功率线性变压器主要功能:升降电流电压;为电子电路提供阻抗匹配;实现电气隔离。
(2)低功率线性变压器主要特点:大多数此类变压器磁芯都工作在弱磁场下,因此称为低功率。
此外变压所传输的能量是分布在较宽的频谱范围内,要求在传输这些宽频带信过程中不产生波形失真,因此又称为线性。
设计功率变压器的一般原理:可见,当E和Ae一定时,也即外加电压和选用磁芯一定时,f越低,N越少,磁芯越易饱和。
因此,在低频时应主要考虑磁芯的饱和现象。
必要时须增加绕组匝数,但又会使绕组电阻和漏电感增大,使输出电压不稳定。
因此在低于某一最低频率后设计变压器,应主要考虑输出电压的稳定性功率变压器与低功率线性变压器区别:(了解)低功率线性变压器传输的功率低,不必考虑磁芯的饱和现象和工作温度问题而功率变压器要传输较大的功率,必须将这两个问题作为设计时考虑的主要因素。
此外,低功率线性变压器是一种宽频带的变压器,要求在较宽的频段范围内具有满足要求的传输特性。
而相比之下功率变压器则是一种窄带或者点频应用的变压器,它主要要求在应用的频点上具有很高的功率传输效率。
19.抗 EMI 器件:铁氧体磁谱的机制: :磁导率随频率而变化的现象称为磁谱。
在交流下,磁导率为复数磁导率,包括μ’和μ”,μ’随f的变化称为频散,μ”随f的变化称为吸收。