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1、硕士研究生课程硕士研究生课程功能材料功能材料吉林大学材料科学与工程学院吉林大学材料科学与工程学院 功能陶瓷功能陶瓷讲授：孙彦彬讲授：孙彦彬 功功能能陶陶瓷瓷材材料料是是指指在在应应用用时时主主要要利利用用其其非非力力学学性性能能的的材材料料，这这类类材材料料通通常常具具有有一一种种或或多多种种功功能能，如如电电学学、磁磁学学、光光学学、热热学学、化化学学、生生物物等等；有有的的还还有有耦耦合合功功能能，如如压压电电、压压磁磁、热热电电、电电光光、声声光光、磁磁光光等等。随随着着材材料料科科学学的的迅迅速速发发展展，陶陶瓷瓷材材料料的的各各种种新新性性能能、新新应应用用不不断断被被人人们们所所认
2、认识识，并并积积极极加加以以开开发发，陶陶瓷瓷材材料料在在现现代代科科学学技技术术中中的的地地位位也也随随之之日日益益提高。提高。由由功功能能陶陶瓷瓷材材料料制制作作的的电电容容器器、压压电电元元件件、磁磁性性元元件件、热热敏敏电电阻阻、压压敏敏电电阻阻、气气敏敏电电阻阻、湿湿敏敏电电阻阻、光光敏敏电电阻阻等等已已在在能能源源开开发发、空空间间技技术术、电电子子技技术术、传传感感技技术术、激激光光技技术术、光光电电子子技技术术、红红外外技技术术、生生物物技技术术、环环境境科科学学等等领领域域得得到到广广泛的应用。泛的应用。因因为为功功能能陶陶瓷瓷应应用用的的范范围围广广、场场合合多多，按按材材
3、料料的的功功能能可可以以把把陶陶瓷瓷分分为为许许多类。多类。光功能陶瓷光功能陶瓷电功能陶瓷电功能陶瓷磁功能陶瓷磁功能陶瓷敏感陶瓷敏感陶瓷生物化学陶瓷生物化学陶瓷核反应陶瓷核反应陶瓷荧光陶瓷荧光陶瓷透光陶瓷透光陶瓷反光陶瓷反光陶瓷偏振光陶偏振光陶瓷瓷热敏陶瓷热敏陶瓷气敏陶瓷气敏陶瓷湿敏陶瓷湿敏陶瓷压敏陶瓷压敏陶瓷色敏陶瓷色敏陶瓷生物医学陶瓷生物医学陶瓷催化陶瓷催化陶瓷耐腐蚀性陶瓷耐腐蚀性陶瓷吸附陶瓷吸附陶瓷绝缘陶瓷绝缘陶瓷导电陶瓷导电陶瓷压电陶瓷压电陶瓷超导陶瓷超导陶瓷吸收中子陶吸收中子陶瓷瓷中子减速陶中子减速陶瓷瓷磁性陶瓷磁性陶瓷磁光陶瓷磁光陶瓷功功能能陶陶瓷瓷光学陶瓷左：硫化锌光学材料左：硫
4、化锌光学材料中：氧化镁红外窗口材料中：氧化镁红外窗口材料右：高压钠灯用透明氧化铝陶瓷右：高压钠灯用透明氧化铝陶瓷在在光光学学上上透透明明的的功功能能材材料料，具具有有一一般般铁铁电电陶陶瓷瓷所有的基本特性和独特优异的电光效应。所有的基本特性和独特优异的电光效应。绝缘陶瓷线轴绝缘子、瓷套及电力系统应用线轴绝缘子、瓷套及电力系统应用 在在电电子子设设备备中中作作为为安安装装、固固定定、支支撑撑的的保保护护、绝绝缘缘及及连连接接各各种种无无线线电电元元件件及及器器件件的的高高介介电电常常数陶瓷材料数陶瓷材料超大规模集成电路用基片基板左：氧化铝基片左：氧化铝基片中：透明氮化铝微波介质、红外窗口材料中：
5、透明氮化铝微波介质、红外窗口材料右：氮化铝基片右：氮化铝基片新一代散热和封装材料新一代散热和封装材料 具有高介电常数和导热系数的材料具有高介电常数和导热系数的材料铁电陶瓷左：铁电随机存取存储器左：铁电随机存取存储器右：光开关、光调制用透明铁电陶瓷右：光开关、光调制用透明铁电陶瓷铁铁电电性性：在在一一定定温温度度范范围围内内具具有有自自发发极极化化，在在外外电电场场作作用用下下自自发发极极化化能能重重新新取取向向，而而且且电电位位移移矢矢量量与与电电场场强强度度之之间间的的关关系系呈呈电滞回线现象的特性电滞回线现象的特性压电陶瓷左：电子点火头（煤气灶、热水器点火）左：电子点火头（煤气灶、热水器点
6、火）中：装有压电陶瓷换能器的超声波洁牙器中：装有压电陶瓷换能器的超声波洁牙器右：压电陶瓷系列（无绳电话、对讲机）右：压电陶瓷系列（无绳电话、对讲机）压压电电性性：在在晶晶体体的的特特定定方方向向上上施施加加压压力力或或拉拉力力，晶晶体体的的一一些些对对应应的的表表面面上上分分别别出出现现正正负负束束缚缚电电荷荷，其其电电荷荷密密度度与与外外施施力力的的大小成正比例。大小成正比例。微波介质陶瓷左：手机用微波介质陶瓷左：手机用微波介质陶瓷中：声表谐振器（家用遥控电器）中：声表谐振器（家用遥控电器）右：陶瓷滤波器（无绳电话、机顶盒、右：陶瓷滤波器（无绳电话、机顶盒、BB机）机）在微波滤波器中用作介质
7、在微波滤波器中用作介质谐振器的陶瓷谐振器的陶瓷磁性陶瓷左：磁盘左：磁盘中：卡通玩具中：卡通玩具右：冰箱用封条右：冰箱用封条具有其它材料难以比拟的磁性强度的陶瓷具有其它材料难以比拟的磁性强度的陶瓷热敏陶瓷左：左：PTC电烙铁电烙铁中：暖风温控淋浴器用中：暖风温控淋浴器用PTC陶瓷陶瓷右：空调温度传感器（右：空调温度传感器（PTC、NTC传感器）传感器）利利用用热热变变化化引引起起电电阻阻和和电电流流变变化化的的特特异异性性能制备的陶瓷能制备的陶瓷气敏陶瓷左：汽车尾气检测氧传感器左：汽车尾气检测氧传感器右：装载去除尾气催化剂的蜂窝陶瓷右：装载去除尾气催化剂的蜂窝陶瓷利利用用气气氛氛变变化化引引起起
8、电电阻阻和和电电流流变变化化的的特特异性能制备的陶瓷异性能制备的陶瓷生物陶瓷 陶瓷牙齿陶瓷牙齿 生物陶瓷关节生物陶瓷关节用用于于制制造造人人体体“骨骨骼骼-肌肌肉肉”系系统统和和修修复复或或替换人体组织器官的一类陶瓷材料替换人体组织器官的一类陶瓷材料 透明陶瓷透明陶瓷 一一般般来来说说，陶陶瓷瓷都都是是不不透透明明的的，可可是是今今天天人人们们确确实实得得到到了了和和玻玻璃璃一一样样透透明明的的陶陶瓷瓷。那那末末陶陶瓷瓷是是怎怎样样变变成成透透明明的的呢呢?这这还还得得从从陶陶瓷瓷材材料料的的内内部部结结构构讲讲起起，无无论论是是我我们们日日常常生生活活中中使使用用的的陶陶瓷瓷器器皿皿，还还是
9、是新新技技术术中中应应用用的的各各种种特特种种陶陶瓷瓷如如氧氧化化物物、碳碳化化物物、氮氮化化物物等等陶陶瓷瓷材材料料，尽尽管管它它们们的的化化学学成成份份各各不不相相同同，以以及及制制品品的的外外形形千千差差万万别别，可可是是如如果果把把它它们们切切磨磨成成很很薄薄的的片片子子放放在在显显微微镜镜下下进进行行观观察察的的话话，发发现现它它们们都都有有一一个个共共同同的的特特征征，即即含含有有无无数数个个很很细细小小的的晶晶粒粒，在在晶晶粒粒与与晶晶粒粒之之间间是是一一些些玻玻璃璃状状的的物物质质和和气气孔孔，如下图所示。如下图所示。由由于于这这些些杂杂质质和和气气孔孔的的存存在在，陶陶瓷瓷的
10、的机机械械强强度度变变得得很很差差，特特别别当当光光线线射射进进陶陶瓷瓷后后，杂杂质质挡挡住住了了它它的的去去路路，再再加加气气孔孔很很多多，使使光光线线产产生生吸吸收收或或散散射射，这这样样七七折折八八扣扣，光光线线就就透透不不过去了，使陶瓷变成不透明。过去了，使陶瓷变成不透明。人人们们在在分分析析了了陶陶瓷瓷不不透透明明的的原原因因后后，为为了了得得到到透透明明的的陶陶瓷瓷，想想方方设设法法在在陶陶瓷瓷制制造造过过程程中中消消除除气气孔孔。一一般般包包在在气气孔孔中中的的气气体体是是比比较较难难跑跑出出来来的的，所所以以陶陶瓷瓷的的素素坏坏在在高高温温下下烧烧成成的的时时候候，高高温温炉炉
11、中中要要通通入入气气体体或或者者抽抽成成真真空空，这这样样就就能能把把包包在在气气孔孔中中的的气气体体赶赶出出来来，同同时时还还要要对对素素坯坯加加一一点点压压力力，使使原原料料颗颗粒粒间间的的接接触触更更加加紧紧密密，使使陶陶瓷瓷更更致致密密，透透明明度度更更好好，这就是所谓的这就是所谓的“热压热压”工艺。工艺。热压烧结热压烧结 用普通烧结法很难烧结成完全致密的烧结体。特别是坯件内存在的气孔对致密度有很大影响。为了获得高密度的烧结体可采用热压烧结。热压烧结是将粉料或坯件装在热压模具（金属或高强石墨）中，置于热压高温烧结炉内加热，当温度升到预定的温度（一般加热到正常烧结温度或稍低）时，对粉料或
12、坯件施加以一定的压力（一般为金属模压成型压力的1/10一1/3），在短时间内粉末被烧结成致密、均匀、晶粒细小的陶瓷制品。因此，该方法是成型和烧结同时进行的一种方法。热压方法一般适用于难熔陶瓷粉体，这些粉体的烧结性能很差。由于热压是压制和烧结同时进行的过程，所以致密化程度要比一般烧结高得多，迅速得多。实际上，用热压法可以制取无孔的制品。热压烧结的优点热压烧结的优点：晶粒的长大得到了有效的控制。降低气孔率、提高烧结密度、晶粒尺寸小，可以制得几乎接近理论密度的制品。降低烧结温度，缩短烧结时间、成型压力低。可以防止普通烧结下出现的成分挥发或分解。可以控制材料的显微结构。通过调整烧结温度、保温时间、外加
13、压力等参数，可以控制材料的晶粒尺寸。热压烧结的缺点是热压烧结的缺点是：热压烧结的生产率较低，制品形状和尺寸有一定的限制，设备复杂；多适用于有特殊要求的材料；采用高纯高强石墨压模材料时，模具的损耗大，寿命短；不适于制造形状过分复杂的制品；制品表面粗糙，精度低，一般要进行精加工。等静热压烧结等静热压烧结 等静热压烧结（HIP）也称热等静压烧结，是一种在高压保护气体下的高温烧结方法，其等静压由高压气体提供。热等静压烧结也是一种成型和烧结同时进行的方法。它是利用常温等静压工艺与高温烧结相结合的新技术，解决了普通热压烧结中缺乏横向压力和产品密度不够均匀的问题，并可使瓷体的致密度基本上达100。这种方法是
14、在炉体内有一个高压容器，要烧结的物体放在里面。粉末或压坯被密封在不透水的韧性金属套中或玻璃套中。温度上升到所需范围时，引入适当压力的中性气体，如N2或Ar。也就是说在一定温度下有效地施加等静压力。等静热压工艺有等静热压工艺有5种不同的方式种不同的方式。(1)先升压后升温方式；(2)先升温后升压方法；(3)同时升温升压方式；(4)热装料方式；(5)冷压加热等静热压烧结等静热压烧结具有如下优点等静热压烧结具有如下优点：能克服在石墨模中热压的缺点，使制品形状不受限制；由于制品在加热状况下，各个方向同时受压、所以能制得密度极高（几乎达到理论密度），几乎无气孔的制品（比普通烧结的孔隙度可低20100倍）
15、；大幅度提高抗弯强度。等静热压的缺点是等静热压的缺点是：设备投资大，不易于操作；制品成本较高；难以形成规模化和自动化生产。实实践践证证明明，当当陶陶瓷瓷中中的的气气孔孔由由3下下降降到到无无气气孔孔时时，陶陶瓷瓷就就由由几几乎乎不不透透明明一一下下子子变变得得完完全全透透明明，同同时时它它的的机机械械强强度度和和耐耐电电压压的的本本领领也也大大幅幅度度提提高高，所所以以透透明明陶陶瓷瓷材材料料常常常常也也是是高高强强度度材材料料。此此外外为为了了消消除除杂杂质质的的危危害害，透透明明陶陶瓷瓷所所采采用用的的原原料料，一一般般都都比比较较纯纯，同同时时整整个个制制备备过过程程中中环环境境的的清清
16、洁洁也也很很重重要要，不不允允许许有有杂杂质质的的污污染染。一一 般般 Al2O3、Y2O3、MgO、BeO、ThO2、PLZT等均可制成透明陶瓷。等均可制成透明陶瓷。陶陶瓷瓷一一旦旦透透明明以以后后，就就能能在在光光学学方方面面开开辟辟很很多多新新的的用用途途，例例如如半半透透明明Al2O3陶陶瓷瓷就就可可用用来来做做特特殊殊光光源源的的灯灯管管，高高压压钠钠灯灯里里的的金金属属钠钠就就是是封封在在半半透透明明的的氧氧化化铝铝陶陶瓷瓷管管中中的的。半半透透明明氧氧化化铝铝管管耐耐高高温温，特特别别耐耐金金属属钠钠蒸蒸气气的的腐腐蚀蚀，这这是是其其他他透透明明材材料料所所无无能能为为力力的。的
17、。高压钠灯高压钠灯这这种种灯灯的的发发光光效效率率比比普普通通高高压压汞汞灯灯高高好好几几倍倍，发发出出的的黄黄光光透透雾雾能能力力强强，深深受受驾驾驶驶员员同同志志的的欢欢迎迎，所所以以是是一一种种很很好好的的街街道道、广广场场、机机场场等等照照明明用用的的光光源源。同同样样如如果果在在半半透透明明氧氧化化铝铝管管中中充充入入钾钾便便可可制制成成钾钾灯灯，它它是是激激光光器器用用的的高高效效激激励励光光源源。其其它它如如Y2O3、MgO、BeO等等透透明明陶陶瓷瓷也也可可采采用用上上面面讲讲的的制制备备工工艺艺做做成成，由由于于它它们们耐耐高高温温、透透明明、又又可可制制得得较较大大尺尺寸寸
18、的的制制品品，所所以以是是很很好好的的高温窗口材料。高温窗口材料。机场上的高压钠灯机场上的高压钠灯 高压高压钠灯钠灯还还有有一一类类透透明明陶陶瓷瓷是是掺掺镧镧的的锆锆钛钛酸酸铅铅陶陶瓷瓷。掺掺镧镧的的锆锆钛钛酸酸铅铅（PLZT），既既具具有有透透明明性性，又又具具有有铁铁电电性性和和压压电电性性，其其光光学学性性质质与与铁铁电电性性密密切切相相关关。PLZT透透明明铁铁电电压压电电陶陶瓷瓷是是十十分分重重要要的的电电光光陶陶瓷瓷，即即它它的的光光学学性性质质会会随随着着外外加加电电场场而而改改变变，具具体体说说来来，在在这这种种陶陶瓷瓷上上加加上上电电场场以以后后，它它能能表表现现出出两两种
19、种光光学学性性质质上上的的变变化化，一一种种叫叫电电控控双双折折射射，一一种叫电控光散射。种叫电控光散射。一、一、PLZT透明铁电压电陶瓷的组成透明铁电压电陶瓷的组成 PLZT陶瓷可用下列通式来表示其化学组成：陶瓷可用下列通式来表示其化学组成：Pb1-xLax(ZryTi1-y)1-(x/4)O3 其中其中X的范围是的范围是0.010.30，X+Y=1。La、Zr、Ti的的成成分分可可用用XYZ来来表表示示，掺掺镧镧的的锆锆钛钛酸酸铅铅简简写写为为PLZT，例例如如9/65/35PLZT陶陶瓷瓷就就是是表表式式化化学学组组成成为为Pb0.91La0.09(Zr0.65Ti0.35)0.9775
20、O3的的PLZT陶陶瓷瓷。改改变变La、Zr、Ti的的比比例例，就就可可得得到到具具有有铁铁电电相相、顺顺电电相相或或反反铁铁电电相相中中电电光光性性能能不不同同的的任任一一种种透透明明陶陶瓷瓷。用用于于电电光光领领域域的的透透明明铁铁电电压压电电陶陶瓷瓷，既既要要具具有有铁铁电电性性又又要要具具有有高高的的透透明明度度，对对于于PLZT陶陶瓷瓷，透透光光率率随随组组成成不不同同而而变变化化，当当X=0.080.12、y=0.65时，透光率最高。时，透光率最高。二、二、PLZT陶瓷的制备陶瓷的制备 PLZT陶陶瓷瓷是是由由氧氧化化锆锆、氧氧化化钛钛、氧氧化化铅铅等等原原料料再再掺掺入入少少量量
21、氧氧化化镧镧经经混混合合、成成型型、热热压压烧烧结结而而制制成成的的。PLZT陶陶瓷瓷的的制制备备，需需要要高高纯纯原原材材料料（大大于于99.9%）,同同时时粒粒度度要要小小（达达0.1m）,这这是是为为了了保保证证每每个个晶晶粒粒的的化化学学成成分分尽尽可可能能相相同同。为为了了获获得得透透明明度度高高的的陶陶瓷瓷，除除了了要要求求晶晶粒粒本本身身透透明明，而而且且有有小小的的各各向向异异性性外外，同同时时必必须须排排除除内内部部气气孔孔，因因为为残残留留气气孔孔会会成成为为光光的的散散射射中中心心，使使透透明明度度下下降降。为为此此，通通常常采采用用通通氧氧热热压压烧烧结结法法烧烧结结成
22、成品品。热热压压可可以以控控制制晶晶粒粒大大小小，细细晶晶结结构构晶晶粒粒内内的的电电畴畴发发展展较较少少，畴畴壁壁引引起起的的散散射射作作用用也也就就小小。烧烧结结后后的的制制品品，再再经经过过研研磨磨、切切割割、拋拋光光就就成成透透明明的的PLZT陶陶瓷瓷片片，然然后后根根据据不不同同的的应应用用要要求求，在在PLZT陶陶瓷片上制成不同的电极，再组装成各种光学器件。瓷片上制成不同的电极，再组装成各种光学器件。三、三、PLZT陶瓷的内部结构及电光特性陶瓷的内部结构及电光特性 当当PLZT陶陶瓷瓷的的温温度度低低于于某某一一个个值值时时，由由于于晶晶粒粒微微细细结结构构中中的的正正负负离离子子
23、电电荷荷中中心心不不重重合合，结结果果在在晶晶粒粒中中存存在在着着许许多多微微小小区区域域，这这样样的的微微小小区区域域称称“电电畴畴”，这这种种陶陶瓷瓷片片不不加加电电场场时时，这这些些电电畴畴是是杂杂乱乱无无章章排排列列的的(图图a)，这这时时陶陶瓷瓷片片就就和和玻玻璃璃一一样样，无无论论光光从从那那个个方方向向射射入入，陶陶瓷瓷片片的的性性质质都都是是相相同同的的，这这在在光光学学上上称称各各向向同同性性，即即不不会会随随光光的入射方向不同而表现出不同的性质。的入射方向不同而表现出不同的性质。(a)极化处理前极化处理前但但当当陶陶瓷瓷片片加加上上电电场场以以后后，这这些些电电畴畴就就会会
24、在在电电场场的的作作用用下下发发生生极极化化(图图b)，极极化化后后的的电电畴畴排排列列比比较规矩较规矩(图图c)。直流电场直流电场E剩余极化强度剩余极化强度剩余伸长剩余伸长电场作用下的伸长电场作用下的伸长(a)极化处理前极化处理前(b)极化处理中极化处理中(c)极化处理后极化处理后 这这样样，陶陶瓷瓷片片就就和和某某种种晶晶体体一一样样了了，能能使使射射入入陶陶瓷瓷片片的的一一束束光光通通过过陶陶瓷瓷片片后后变变成成两两束束光光，在在光光学学上上这这种种现现象象叫叫做做双双折折射射效效应应，由由于于它它是是加加了了电电场场以以后后才才产产生生的的。电电场场去去掉掉后后，双双折折射射效效应应又
25、又没没有有了了，所所以这种双折射效应又叫做以这种双折射效应又叫做电控双折射效应电控双折射效应。如如果果再再在在陶陶瓷瓷片片的的前前后后以以一一定定方方式式放放上上一一对对偏偏振振方方向向互互相相垂垂直直的的偏偏振振片片的的话话，当当陶陶瓷瓷片片上上不不加加电电场场时时，这这陶陶瓷瓷片片就就是是各各向向同同性性的的，由由了了两两个个偏偏振振片片互互相相垂垂直直，因因此此从从第第一一个个偏偏振振片片(起起偏偏镜镜)射射出出的的偏偏振振光光经经过过陶陶瓷瓷片片后后就就被被第第二二个个偏偏振振片片(检检偏偏镜镜)挡挡住住，光强变得最弱，这时系统处于关态。光强变得最弱，这时系统处于关态。当当陶陶瓷瓷片片
26、上上加加上上电电场场后后，它它就就有有双双折折射射效效应应，这这双双折折射射变变化化的的大大小小是是由由电电场场决决定定的的。调调节节外外加加电电场场可可使使从从检检偏偏镜镜射射出出的的光光变变得得最最强强，这这时时系系统统处处于于开开态态。电电场场去去掉掉后后又又回回复复到到关关态态，这这样样就就成成了了一一个个光光开开关关，这这种种光光开开关关的的开开关关速速度度极极快快，它它在在一一秒秒钟钟内内就就能能开开关关上上百百万万次次，所所以以实实际际上上是是一一种种高速电子快门。高速电子快门。从从光光源源发发出出的的自自然然光光通通过过起起偏偏片片变变成成纵纵向向振振动动的的平平面面偏偏振振光
27、光，如如果果电电光光陶陶瓷瓷没没有有受受外外电电场场作作用用，这这束束偏偏振振光光通通过过陶陶瓷瓷时时将将不不发发生生振振动动方方向向的的偏偏转转，即即仍仍是是纵纵向向振振动动的的平平面面偏偏振振光光。但但检检偏偏片片只只允允许许水水平平振振动动的的偏偏振振光光通通过过，纵纵向向振振动动的的偏偏振振光光不不能通过，因而此时没有光输出，相当于快门关闭。能通过，因而此时没有光输出，相当于快门关闭。电光快门的工作原理电光快门的工作原理电光快门的示意图电光快门的示意图起偏片起偏片电光陶瓷电光陶瓷检偏片检偏片 如如果果在在电电光光陶陶瓷瓷上上施施加加一一个个电电压压，由由于于电电光光效效应应使使光光的的
28、振振动动方方向向发发生生偏偏转转，于于是是开开始始有有光光输输出出。随随着着施施加加电电压压大大小小的的改改变变，光光输输出出的的大大小小也也在在变变化化。当当所所加加电电压压调调到到某某一一电电压压值值使使光光振振动动方方向向偏偏转转到到水水平平方方向向时时，光光输输出出达达到到最最大大，相相当当于于快快门门全全部部打打开开，这这个个电电压压称称为为半半波波电电压压。电电光光陶陶瓷瓷在在这这里里起起着着光光开开关关的的作作用，而打开这个开关的则是半波电压。用，而打开这个开关的则是半波电压。起偏片起偏片电光陶瓷电光陶瓷检偏片检偏片 此此外外当当用用白白光光而而不不是是象象上上面面讲讲的的那那样
29、样的的单单色色光光射射入入加加有有电电场场的的陶陶瓷瓷片片时时，则则它它可可将将白白光光滤滤成成有有色色光光。如如果果再再对对加加在在陶陶瓷瓷片片上上的的电电场场进进行行调调节节的的话话，则则从从陶陶瓷瓷片片射射出出的的将将是是五五颜颜六六色色的的光光，所所以以它它又又是是一一种种电控的可变滤色器。电控的可变滤色器。这这种种陶陶瓷瓷的的另另一一个个持持性性是是电电控控光光散散射射，这这种种效效应应只只是是当当陶陶瓷瓷片片中中的的晶晶粒粒比比较较大大时时才才会会发发生生，例例如如大大于于34个个微微米米。这这是是由由于于晶晶粒粒内内的的电电畴畴发发育育而而形形成成了了许许多多散散射射中中心心的的
30、缘缘故故，当当陶陶瓷瓷片片上上外外加加电电场场的的方方式式不不同同，其其内内部部电电畴畴的的排排列列方方向向也也就就不不一一样样，同同样样可可起起到一个光开关的作用。到一个光开关的作用。四、四、PLZT陶瓷的应用陶瓷的应用 也也许许你你有有这这样样的的感感受受：当当眼眼睛睛突突然然受受到到强强烈烈光光线线照照射射后后，会会暂暂时时看看不不清清周周围围的的东东西西，要要过过一一段段时时间间才才能能恢恢复复正正常常的的视视觉觉。这这种种现现象象称称为为闪闪光光盲盲，即即眼眼睛睛因因强强闪闪光光暂暂时时丧丧失失视视觉觉功功能能。闪闪光光盲盲会会给给正正在在进进行行的的工工作作带带来来影影响响，经经常
31、常发发生生闪闪光光盲盲会会损损伤伤视视网网膜膜。但但在在工工作作和和生生活活中中，人人们们经经常常会会遇遇到到强强光光的的刺刺激。激。例例如如，电电弧弧焊焊时时产产生生的的电电弧弧，最最高高温温度度达达到到60008000K（K是是绝绝对对温温度度的的单单位位，0相相当当于于273.15K），发发出出强强烈烈的的弧弧光光，所所以以电电焊焊工工人人都都要要带带上上面面罩罩，透透过过近近乎乎黑黑色色的的护护目目镜镜才才能能进进行行操操作作。但但在在电电弧弧尚尚未未产产生生前前，带带了了面面罩罩根根本本看看不不清清周周围围情况，工作起来非常不方便。情况，工作起来非常不方便。原原子子弹弹爆爆炸炸时时，
32、情情况况就就更更严严重重了了：一一颗颗梯梯恩恩梯梯当当量量为为20000吨吨的的原原子子弹弹爆爆炸炸时时，火火球球辐辐射射的的光光能能约约30万万亿亿焦焦耳耳，几几乎乎全全部部光光能能在在3秒秒钟钟内内骤骤然然释释放放。所所以以核核试试验验工工作作人人员员必必须须带带上上很很深深的的墨墨镜镜。但但是是原原子子弹弹爆爆炸炸前前带带上上墨墨镜镜，就就看看不不清清东东西西，变变得得寸寸步步难难行行。原原子子弹弹爆爆炸炸了了再再戴戴上上，就就来来不不及及了了。如如果能有一种自动调光的护目镜，那该多好。果能有一种自动调光的护目镜，那该多好。锆锆钛钛酸酸铅铅镧镧（PLZT）透透明明铁铁电电陶陶瓷瓷可可以以
33、用用做做护护目目镜镜镜镜片片，它它是是在在这这种种铁铁电电陶陶瓷瓷表表面面蒸蒸上上透透明明电电极极，然然后后在在它它两两侧侧分分别别夹夹上上偏偏振振方方向向互互相相垂垂直直的的偏偏振振镜镜构构成成的的一一种种具具有有夹夹层层结结构构的的护护目目镜镜。这这种种护护目目镜镜带带有有控控制制电电路路、电电源源和和开开关关，用用光光敏敏二二极极管管作作为为强强闪闪光光的的接接收收元元件件。当当接接收收元元件件测测出出周周围围的的光光强强度度超超过过危危险险值值时时，立立即即发发出出信信号号给给控控制制电电路路，使使镜镜片片在在几几万万分分之之一一秒秒内内由由透透明明变变成成几几乎乎不不透透明明，镜镜片
34、片关关闭闭，护护目目镜镜就就自自动动迅迅速速变变暗暗；当当危危险险光光消消失失后后，控控制制电电路路又又自自动动加加压压到到铁铁电电陶陶瓷瓷薄薄片片上上，使使镜镜片片达达到到最最大大的的开开启启状状态态，即即又又回回复复到到原原来来的的明明亮亮状状态态，所所以以护护目目镜镜实实际际上上是是给给人人们们提提供供了了一一双双“电电子子眨眨眼眼”，如如下图所示。下图所示。核闪光核闪光护目镜护目镜 航空护目航空护目镜镜带光学快带光学快门的眼镜门的眼镜 透透明明电电光光陶陶瓷瓷还还可可做做立立体体观观察察镜镜。人人们们知知道道，从从普普通通电电视视机机的的屏屏上上只只能能看看到到平平面面图图像像，没没有
35、有立立体体感感，如如果果要要在在平平面面电电视视屏屏上上看看到到立立体体图图像像，观观察察者者就就必必须须戴戴上上一一副副能能分分离离左左眼眼和和右右眼眼图图像像的的立立体体观观察察镜镜，实实际际上上把把透透明明电电光光陶陶瓷瓷片片做做成成的的两两只只电电控控快快门门分分别别装装入入普普通通眼眼镜镜的的左左框框和和右右框框内内就就构构成成了了一一副副立立体体观观察察镜镜，但但真真正正要要在在平平面面电电视视屏屏上上看看到到立立体体图图像像还还得得下下一一番番功功夫夫，就就是是还还要要使使电电视视屏屏上上能能交交替替地地产产生生与与左左、右右两两只只快快门门眼眼镜镜相相对对应应的的图像。图像。这
36、这也也并并不不是是困困难难的的事事，只只要要采采用用左左右右两两只只摄摄像像机机来来摄摄像像，通通过过电电子子线线路路的的控控制制使使左左摄摄像像机机摄摄得得的的图图像像在在电电视视屏屏上上显显示示时时，立立体体观观察察镜镜的的左左快快门门眼眼镜镜正正好好处处于于“开开态态”，而而右右快快门门眼眼镜镜处处于于“关关态态”。在在下下一一时时刻刻，即即当当电电视视屏屏上上显显示示右右摄摄像像机机摄摄得得的的图图像像时时，立立体体观观察察镜镜的的右右快快门门眼眼镜镜处处于于“开开态态”，而而左左快快门门眼眼镜镜处处于于“关关态态”，尽尽管管两两只只快快门门眼眼镜镜是是交交替替地地工工作作的的，但但由
37、由于于人人的的眼眼睛睛有有暂暂留留效效应应，所所以以看看到到的的是是稳稳定定连连续续的的栩栩栩栩如如生生的的立立体体图像。图像。立立体体观观察察在在现现代代新新技技术术的的不不少少场场合合都都是是十十分分需需要要的的，例例如如宇宇宙宙飞飞船船在在太太空空中中的的对对接接就就要要求求人人们们在在地地面面站站的的电电视视屏屏前前进进行行立立体体观观察察遥遥控控；人人无无法法接接近近的的放放射射性性和和高高温温材材料料的的处处理理也也需需要要操操作作人人员员坐坐在在控控制制室室的的电电视视屏屏前前通通过过机机械械手手进进行行立立体体观观察察遥遥控控来来实实现现。气气象象图图和和地地貌貌图图的的立立体
38、体观观察察和和描描绘绘，分分子子结结构构及及建建筑筑结构的分析等也都要用立体观察。结构的分析等也都要用立体观察。透透明明电电光光陶陶瓷瓷还还可可在在图图像像存存储储显显示示器器中中得得到到应应用用，如如果果在在透透明明电电光光陶陶瓷瓷片片的的一一面面涂涂上上光光导导膜膜，两两侧侧再再蒸蒸上上透透明明电电极极，这这样样就就构构成成了了夹夹层层结结构构，将将幻幻灯灯片片上上的的画画像像成成像像在在光光导导膜膜上上，同同时时加加上上直直流流电电压压，这这个个画画像像就就能能存存储储在在其其中中。这这种种存存储储的的图图像像可可以以借借助助于于光光学学系系统统进进行行直直接接观观察察或或通通过过投投影
39、影把把它它显显示示在在屏屏幕幕上上。当当加加上上反反向向电电场场或或用用光光照照射射的的话话，则则可将图像擦去。可将图像擦去。有有一一种种用用来来测测量量电电压压的的光光电电压压计计，它它也也是是用用透透明明电电光光陶陶瓷瓷做做成成的的。它它的的结结构构与与护护目目镜镜类类似似，把把它它接接到到要要测测量量电电压压的的线线路路中中，如如果果一一束束激激光光透透过过透透明明陶陶瓷瓷片片射射向向光光探探测测器器时时，则则探探测测器器探探测测到到的的激激光光的的强强度度会会随随着着线线路路里里的的电电压压值值而而下下降降，因因此此根根据据探探测测到到的的光光强强便便可可知道电压值的大小。知道电压值的大小。解释专业名词解释专业名词1、功能陶瓷材料、功能陶瓷材料2、绝缘陶瓷、绝缘陶瓷3、铁电性、铁电性4、热敏陶瓷、热敏陶瓷5、气敏陶瓷、气敏陶瓷6、热压烧结、热压烧结 7、等静热压烧结、等静热压烧结思考题思考题回答问题回答问题 1、陶瓷不透明的原因是什么？、陶瓷不透明的原因是什么？2、热压烧结的优缺点有哪些？、热压烧结的优缺点有哪些？3、热等静压烧结的优缺点有哪些？、热等静压烧结的优缺点有哪些？4、简简述述PLZT陶陶瓷瓷用用作作电电光光快快门门的的工工作作 原理。原理。5、简述、简述PLZT陶瓷的应用。陶瓷的应用。思考题思考题 Thank Youfor your attention