工程化学教案 第八章 陶瓷材料可在远比金属材料高得多的使用温度下工作，因此，高温结构陶瓷材料最 大的应用领域是喷气技术、磁流发电和宇航技术。如用陶瓷制成内燃机一类的热机，其 热效率可大为提高，（达48%，而一般热机仅为30%），节省20%30%的燃料，热机重量还 可减轻1/3，前景诱人。目前一些发达国家的汽车公司试制了无冷却式陶瓷发动机汽车， 我国也在1990年装配了一辆并完成了试车。但成本高，目前尚难大量应用。 2.功能陶瓷材料 功能陶瓷材料是以其固有的特性或通过各种物理因素作用而显示某种新性能的材 料。它又分为单一功能、能量转换材料、交互效应材料和敏感传感材料几大类。这些材 料数量、品种之多，发展之快，应用范围之广都是结构材料所不及的。 (1)压电陶瓷 某些品体材料，当受外力作用时会产生形变，同时在对应的两个面上会出现正、负 电荷。晶体带电的大小，与所受的机械力成正比。反之，如往晶体上加电场，则品体在 一定面上会产生相应的形变。这种现象，称压电效应，通过这一效应可实现机械能和电 能间的相互转变。这已在前面介绍过。 压电效应示意图研究证明，压电效应与晶体的结构有关。一般说，应满足两个条件： 一是品粒子要带正、负电荷：二是粒子的排列为非中心对称的，因此必须是离子晶体或 离子团组成的分子晶体。Si02是最先发现的压电晶体。 具有压电效应的陶瓷，称压电陶瓷。在它们内部原本存在自发极化的倾向，但在烧 结时颗粒的极化方向是无序的，从而在宏观上相互抵消。如将烧结体施加电场，便其极 化方向一致，就获得单晶般的压电性质。通常将冲击或静压等机械力施加至压电陶瓷上 即可产生10kV左右的脉冲高电压，应用最广的有钛酸钡系、钛酸铅系和锆钛酸铅系 (PT2)。和压电晶体相比，压电陶瓷加工容易，价格便宜和压电特性可控，是压电材料 中产量最大，用途最广的一种。 压电陶瓷在技术上有多方面的应用。它可制成各种换能器，广泛用于计量、加工、 声纳、遥控和无损探伤等仪器装置。超声诊断仪，可获得X射线所达不到的结果且对 患者无害：受到外力冲击时，产生的电能可作高压发生器。压电陶瓷还可制作各种滤波 器、压力传感和超声传感器等。 25 工程化学教案 第八章 • • 25 陶瓷材料可在远比金属材料高得多的使用温度下工作，因此，高温结构陶瓷材料最 大的应用领域是喷气技术、磁流发电和宇航技术。如用陶瓷制成内燃机一类的热机，其 热效率可大为提高，（达 48%，而一般热机仅为 30%），节省 20%~30%的燃料，热机重量还 可减轻 1/3，前景诱人。目前一些发达国家的汽车公司试制了无冷却式陶瓷发动机汽车， 我国也在 1990 年装配了一辆并完成了试车。但成本高，目前尚难大量应用。 2. 功能陶瓷材料 功能陶瓷材料是以其固有的特性或通过各种物理因素作用而显示某种新性能的材 料。它又分为单一功能、能量转换材料、交互效应材料和敏感传感材料几大类。这些材 料数量、品种之多，发展之快，应用范围之广都是结构材料所不及的。 （1）压电陶瓷 某些晶体材料，当受外力作用时会产生形变，同时在对应的两个面上会出现正、负 电荷。晶体带电的大小，与所受的机械力成正比。反之，如往晶体上加电场，则晶体在 一定面上会产生相应的形变。这种现象，称压电效应，通过这一效应可实现机械能和电 能间的相互转变。这已在前面介绍过。 压电效应示意图研究证明，压电效应与晶体的结构有关。一般说，应满足两个条件： 一是晶粒子要带正、负电荷；二是粒子的排列为非中心对称的，因此必须是离子晶体或 离子团组成的分子晶体。SiO2 是最先发现的压电晶体。 具有压电效应的陶瓷，称压电陶瓷。在它们内部原本存在自发极化的倾向，但在烧 结时颗粒的极化方向是无序的，从而在宏观上相互抵消。如将烧结体施加电场，便其极 化方向一致，就获得单晶般的压电性质。通常将冲击或静压等机械力施加至压电陶瓷上 即可产生 10kV 左右的脉冲高电压，应用最广的有钛酸钡系、钛酸铅系和锆钛酸铅系 （PTZ）。和压电晶体相比，压电陶瓷加工容易，价格便宜和压电特性可控，是压电材料 中产量最大，用途最广的一种。 压电陶瓷在技术上有多方面的应用。它可制成各种换能器，广泛用于计量、加工、 声纳、遥控和无损探伤等仪器装置。超声诊断仪，可获得 X 射线所达不到的结果且对 患者无害；受到外力冲击时，产生的电能可作高压发生器。压电陶瓷还可制作各种滤波 器、压力传感和超声传感器等