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导电陶瓷
阅读:28189时间:2011-01-25 10:49:21

  在一定条件(温度、压力等)下具有电子(或空穴)电导或离子电导的陶瓷叫导电陶瓷。某些氧化物陶瓷加热时,处于原子外层的电子可以获得足够的能量,以便克服原子核对它的吸引力,而成为可以自由运动的自由电子,这种陶瓷就变成导电陶瓷。

原理

  楷体电子电导(包括空穴电导)有氧化物或碳化物半导体等。离子电导有固体电介质陶瓷,如ZrO2、β-Al2O3等。这些都是离子晶体的氧化物或复合物。在固体介质中,带电离子的运动比在液体中倍受限制,但仍然能以扩散的形式发生,从而产生离子电导。陶瓷的电导率是横穿晶界的电导率和沿表面晶体的电导率之和。离子在晶体中扩散通过取代晶格空位的方式进行,在一般情况下,这类运动取向混乱,不给出净的电荷运动,从而产生了离子导电流。

用途

  导电陶瓷材料可用各种方法涂覆在电极材料上,例如真空喷涂、等离子喷涂等,或采用溅射喷涂方法,在基片上进行导电陶瓷材料的涂覆工艺。电极上陶瓷涂层厚度一般为0.1至20微米,陶瓷涂层电阻率小于100欧姆·厘米,最小可达10欧姆·厘米。

  采用导电陶瓷材料涂覆于电极表面,既耐腐蚀,又耐高温。电池中采用这种类型的电极后,电极表面具有足够的电流密度。涂层的电阻率也相当稳定,陶瓷和金属表面接触紧密,电极不发生腐蚀现象。电池运行性能良好。

  稳定氧化锆陶瓷除有以上导电性能外,近年来更有一种超群的导电性能被发现,这就是它的超导性能。超导现象是1911年荷兰科学家在实验中偶然发现的,一般导电体都有电阻,但一些个别的物质,在一定的温度条件下,会出现没有电阻的超导现象。有超导能力的超导体,应用到工业中去,可实现远距离无损耗输电,可用来产生极强磁场等等。但在普通温度条件下有超导能力的材料很难找。人们想不到稳定氧化锆陶瓷不单具有超导性能,而且其温度要求最容易实现,于是稳定氧化锆陶瓷作为新的超导材料成为现代高科技的宠儿。

分类及应用

  有两大类:一类是具有电子电导(包括空穴电导)的氧化物、含氧酸(如铬酸镧陶瓷)或碳化物(如碳化硅陶瓷)。另一类是具有离子电导的陶瓷,又称固体电解质陶瓷(solid electrolyte ceramics)、快离子导体材料(fast ion conducting materials)或快离子陶瓷。是导电陶瓷的主要一类,如氧化锆陶瓷,Na-β-A12O3陶瓷等。其用途因陶瓷制品的材质不同而异。如Na-β-A12O3陶瓷可用作钠-硫电池和钠-溴电池的隔膜材料,用于电子手表、电子照相机等。二氧化锆陶瓷可用作磁流体发电机电极和电热元件等。在空气中工作温度可达2200℃左右。铬酸镧陶瓷引入锶、钙后可抑制其中铬的挥发,所制成的电热元件,在室温下通电,其表面温度可达1900℃。新型导电陶瓷NaZrPO4,NaZr2Si2PO12等在研制中,可望用作大容量电池。

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