篇一：功能材料試題參考答案

一、名詞解釋（共24分，每個3分）

　　居里溫度：鐵電體失去自發極化使電疇結構消失的最低溫度（或晶體由順電相到鐵電相的轉變溫度）。

　　鐵電疇：鐵電晶體中許許多多晶胞組成的具有相同自發極化方向的小區域稱為鐵電疇。

　　電致伸縮 ：在電場作用下，陶瓷外形上的伸縮（或應變）叫電致伸縮。

　　介質損耗 ：陶瓷介質在電導和極化過程中有能量消耗，一部分電場能轉變成熱能。單位時間內消耗的電能叫介質損耗。

　　n型半導體 ：主要由電子導電的半導體材料叫n型半導體。

　　電導率 ：電導率是指面積為1cm2，厚度為1cm的試樣所具有的電導（或電阻率的倒數或它是表征材料導電能力大小的特征參數）。 壓敏電壓 ：一般取I=1mA時所對應的電壓作為I隨V陡峭上升的電壓大小的標志稱壓敏電壓。

　　施主受主相互補償：在同時有施主和受主雜質存在的半導體中，兩種雜質要相互補償，施主提供電子的能力和受主提供空狀態的能力因相互抵消而減弱。

二、簡答（共42分，每小題6分）

　　1.化學鍍鎳的原理是什么？

　　答：化學鍍鎳是利用鎳鹽溶液在強還原劑（次磷酸鹽）的作用下，在具有催化性質的瓷件表面上，使鎳離子還原成金屬、次磷酸鹽分解出磷，獲得沉積在瓷件表面的鎳磷合金層。由于鎳磷合金具有催化活性，能構成催化自鍍，使得鍍鎳反應得以不斷進行。

　　2.干壓成型所用的粉料為什么要造粒？造粒有哪幾種方式？各有什么特點？

　　答：為了燒結和固相反應的進行，干壓成型所用粉料顆粒越細越好，但是粉料越細流動性越差；同時比表面積增大，粉料占的體積也大。干壓成型時就不能均勻地填充模型的每一個角落常造成空洞、邊角不致密、層裂、彈性后效等問題。為了解決以上問題常采用造粒的方法。 造粒方式有兩種方式：加壓造粒法和噴霧干燥法。加壓造粒法的特點是造出的顆粒體積密度大、機械強度高、能滿足大型和異型制品的成型要求。但是這種方法生產效率低、自動化程度不高。噴霧干燥法可得到流動性好的球狀團粒，產量大、可連續生產，適合于自動化成型工藝。但是這種方法得到的團粒體積密度不如噴霧干燥法大、機械強度不如噴霧干燥法高。

　　3.鐵電體與反鐵電體的自發極化有何不同特點？并分別解釋為什么總的

　　ΣP＝0？

　　答;鐵電體自發極化的特點是單元晶胞中的偶極子成對的按相同方向平行排列，晶體中存在著一個個由許多晶胞組成的自發極化方向相同的小區域－鐵電疇，但各個鐵電疇的極化方向是不同的、雜亂無章的

　　分布；反鐵電體自發極化的特點是單元晶胞中的偶極子成對的按相反方向平行排列且這兩部分偶極子的偶極矩大小相等方向相反。

　　鐵電體ΣP＝0是由于一般情況下整個鐵電晶體的內部不同方向取向的電疇其自發極化強度可相互抵消，所以鐵電晶體的ΣP＝0；反鐵電體晶胞中偶極子以反平行方向排列偶極子的偶極矩在晶胞內部自行抵消，所以對外不顯示極性ΣP＝0。

　　4.獨石電容器的的特點是什么？

　　答：性能特點：大容量、小體積、長壽命、高可靠性適應電子設備向集成化、小型化發展；工藝特點：合并了燒銀和薄膜制坯工藝；結構特點：涂有金屬電極漿料的陶瓷坯體以多層交替堆疊的方式疊合起來，使陶瓷材料和電極同時燒成一個整體。

　　5.什么是受主？形成有效受主摻雜的條件是什么（以SrTiO3為例說明）？

　　什么是受主能級？形成受主能級有哪幾種方式？

　　答：受主是能夠在禁帶提供空能級的雜質；形成有效受主的條件以SrTiO3為例，若想取代Sr2＋（或Ti4＋）， 1）摻雜離子與Sr2＋（或Ti4＋）半徑相近；2）摻雜離子電價低于Sr2＋（或Ti4＋）。受主雜質上的電子態相應的能級是受主能級；形成受主能級的方式有：低價外來陽離子替位；陽離子缺位；陰離子添隙等。

　　6.什么是半導體陶瓷，半導體陶瓷的能帶結構有什么特點？

　　答：半導體陶瓷是導電能力介于導體和絕緣體之間的陶瓷。能帶結構特點是價帶全部被電子填滿，禁帶沒有被電子填充是全空的，禁帶寬度小于絕緣體一般小于2ev。

　　7.氣敏陶瓷吸附氣體有哪幾種具體情況？各有什么電學特點？

　　答：氣敏陶瓷吸附氣體有四種具體情況： 1）N型半導體吸附氧化性氣體其特點是N型半導體的載流子數目減少，電導率減小；2）N型半導體吸附還原性氣體其特點是N型半導體的載流子數目增多，電導率增大；3）P型半導體吸附氧化性氣體其特點是P型半導體的載流子數目增多，電導率增大；4）P型半導體吸附還原性氣體其特點是P型半導體的載流子數目減少，電導率減小

三、論述題（共34分）

　　1、SrTiO3基陶瓷半導化的條件是什么？用氧揮發半導化機理進行解釋。（10分）

　　答：SrTiO3基陶瓷半導化的條件是還原性氣氛和施主摻雜同時具備缺一不可。根據氧揮發半導化機理1）施主離子的加入導致陽離子空位鍶空位的產生。2）鍶空位的出現大大削弱了空位近鄰的鈦氧八面體的Ti-O結合鍵。3）在還原氣氛中高溫燒結時，氧通過擴散揮發在晶格中形成氧空位，氧空位電離而成為N型半導體。

　　2、BaTiO3基鐵電電容器與 BaTiO3基晶界層電容器的配方組成、微觀結構及生產工藝有何不同？并解釋為什么晶界層電容器的視在介電常數比鐵電電容器大幾十倍。（12分）

　　答：配方組成上，BaTiO3基鐵電電容器根據具體性能要求加入移峰劑和壓峰劑等，而BaTiO3基晶界層電容器一般要加入施主摻雜劑促進半導化。微觀結構上，BaTiO3基鐵電電容器晶粒是介電常數較大的BaTiO3晶體；BaTiO3基晶界層電容器是由半導化的晶粒和晶粒表面的一層介電常數較大的介質層組成且晶粒。生產工藝上，BaTiO3基鐵電電容器是在氧化氣氛下燒成； BaTiO3基晶界層電容器的半導化階段還原氣氛更有利且一般需要兩次燒結。晶界層電容器等效電路相當于一個阻容網絡，其視在介電常數ε≈(d2/d1)εb,其中d1 為晶界絕緣介質層的厚度，d2為半導化晶粒的直徑，εb 純BaTiO3的介電常數。由于d2＞＞d1可達幾十倍，所以晶界層電容器的視在介電常數比鐵電電容器大幾十倍。

　　3、ZnO壓敏陶瓷的相組成及每一相的作用是什么？并描述其顯微結構的連續分布圖像。（12分）

　　答：ZnO壓敏陶瓷的相組成為：ZnO相，其作用是構成陶瓷的主晶相，由于Zn的添隙或Co的溶入使它具有n型電導的特征；富鉍相，由于富鉍相溶有大量的ZnO和少量的Sb2O3所以富鉍相有助于液相燒結。又由于富鉍相在晶粒邊界結晶溶有大量的ZnO少量的Sb2O3、CoO、MnO2等對于產生高非線性有作用。另外，還有抑制晶粒生長