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功能陶瓷材料研究进展综述

林志伟

摘要：简单介绍了几种功能陶瓷材料的研究进展以及功能陶瓷材料今后的发展趋势。关键词：功能陶瓷材料；研究进展；趋势

功能陶瓷是具有电、磁、声、光、热、力、化学或生物功能等的介质材料。功能陶瓷材料种类繁多，用途广泛，主要包括铁电、压电、介电、热释电、半导体、电光和磁性等功能各异的新型陶瓷材料。它是电子信息、集成电路、移动通信、能源技术和国防军工等现代高新技术领域的重要基础材料。随着现代新技术的发展，功能陶瓷及其应用正向着高可靠、微型化、薄膜化、精细化、多功能、智能化、集成化、高性能、高功能和复合结构方向发展。

1四类功能陶瓷材料及其研究进展

利用陶瓷对声、光、电、磁、热等物理性能所具有的特殊功

能而制造的陶瓷材料称为功能陶瓷。功能陶瓷种类繁多，用途各异。例如，根据陶瓷电学性质的差异可制成导电陶瓷、半导体

陶瓷、

介电陶瓷、绝缘陶瓷等电子材料。1.1导电陶瓷

导电陶瓷具有良好的导电性能，而且能耐高温，是磁流体发电装置中集电极的关键材料。半导体陶瓷指采用陶瓷工艺成型的多晶陶瓷材料。与单晶半导体不同的是，半导体陶瓷存在大量晶界,晶粒的半导体化是在烧结工艺过程中完成的,因此具有丰富的材料微结构状态和多样的工艺条件，特别适用于作为

敏感材料。除半导体晶界层陶瓷电容器外，

目前已使用的敏感材料，主要有热敏材料、电压敏材料、光敏材料、气敏材料、湿敏

材料等。如PTC

（positivetemperaturecoefficient的缩写）材料在国内无论是基础理论研究还是工业生产规模都有长足进步，其应用范围已渗透到航天、航空、航海、无线通讯、有线通讯、电子

工业和民用电器等各个领域。而铬酸镧

（La-CrO3）是一种钙钛矿型（ABO3）复合氧化物，具有很高的熔点（2490℃），它在掺杂Ca、Sr和Mg等二价碱土金属后具有很多特殊的性质。在高温发热材料、固体氧化物燃料电池连接材料、催化剂、NTC热敏电阻等方面都得到广泛的应用，是一种很有前途的功能陶瓷材料。高温超导陶瓷指相对金属而言具有较高超导温度的功能陶瓷材料。从20世纪80年代对超导陶瓷的研究有重大突破以来，对高温超导陶瓷材料的研究及应用就倍受关注。目前高温超导材料的应用正朝着大电流应用、电子学应用、抗磁性等方面发展。

1.2压电陶瓷

压电陶瓷的晶体结构上没有对称中心，因而具有压电效

应，即具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能。压电陶

瓷材料具有成本低、

换能效率高、加工成型方便等优点，常用于制作压电器材、滤波器、谐振器和变压器等。常用的压电元件：传感器、气体点火器、报警器、音响设备、医疗诊断设备及通讯等。通常的压电材料是PZT,新型的压电陶瓷材料主要有高灵敏、高稳定压电陶瓷材料，电致伸缩陶瓷材料、热释电陶瓷材料等。压电陶瓷作为电、力、热、光敏感材料，在超声换能、传感器、无损检测和通讯技术等领域已获得了广泛的应用。

1.3纳米功能陶瓷

纳米功能陶瓷是指通过有效的分散、复合而使异质相纳米颗粒均匀、弥散地保留于陶瓷基质结构中而得到的复合材料，当其具有某种特殊功能时便称之为纳米功能陶瓷。纳米功能陶瓷的性能是和其特殊的微观结构相对应的，它的性能不仅取决于纳米材料本身的特性，还取决于纳米材料的物质结构和显微结构。

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广东科技2010.7总第241期

张锐等人采用多模微波烧结系统和常压烧结，对A12O3－

ZrO2复合陶瓷材料

（ZTA）的基本性能进行研究，发现与常压烧结相比，微波烧结可以提高ZTA纳米功能陶瓷的密度、强度和韧性，使其结构均匀，耐磨性得到提高。在常压烧结的样品中，存在着异常长大的颗粒和一定的气孔，且颗粒分布得不均匀，而微波烧结的样品中，晶粒较小，且分布得均匀。

1.4光催化功能陶瓷

先制备钛酸溶胶和掺入Fe3+的钛酸溶胶，用溶胶-凝胶法分别将它们负载于炻器管和矩形蜂窝陶体上，再用程序升温法煅烧得到纳米TiO2光催化功能陶瓷。经扫描电镜（SEM）测定炻器载体上负载的光催化膜厚度为300～400nm，TiO2的粒径为15～

20nm。将光催化炻器管用于模拟苯酚废水和某地表水的处理试验，在紫外光强一定、流速为40ml/min条件下的结果表明无论

掺Fe3+

与否的TiO2光催化炻器管都有净化效果。其中以掺Fe3+最好，苯酚去除率为70.3%，灭菌率亦能达到99.5%。将光催化蜂窝陶瓷体用于净化空气试验时，在紫外光强、循环风量一定

的条件下，其净化效果也是以掺Fe3+

的TiO2最好。

2功能陶瓷发展的趋势

当前功能陶瓷发展的趋势可以归纳为以下几个特点：复合

化，多功能化，低维化，智能化和设计、

材料、工艺一体化。单一材料的特性和功能往往难以满足新技术对材料综合性能的要求，材料复合化技术可以通过加和效应与耦合乘积效应开发出原材料并不存在的新的功能效应，或获得远高于单一材料的综合功能效应。最近提出的梯度功能材料也可看作一类特殊的复

合材料。功能性与结构性结合的材料，

或者具有多种良好功能性的材料，为提高产品的性能和可靠性，促使产品向薄、

轻、小发展等方面提供了基础。当材料的特征尺寸小到纳米级，由于量子效应和表面效应十分显著，可能产生独特的电、磁、光、热等物理和化学特性，功能陶瓷进入纳米技术领域是研究的热点之一，如铁电薄膜和超细粉体的制备等。智能材料是功能陶瓷发展的更高阶段，它是人类社会的需求和现代科学技术发展的必然结果。参考文献：

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（06）.（作者单位：广东新粤建材有限公司）

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