陶瓷热性能.pptx
- 文档编号:30788576
- 上传时间:2023-09-25
- 格式:PPTX
- 页数:66
- 大小:477.61KB
陶瓷热性能.pptx
《陶瓷热性能.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《陶瓷热性能.pptx(66页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
陶瓷材料概论-何贤昶,陶瓷材料基础,授课教师:
李飞联系电话:
13916423250电子邮件:
2011年11月18日,陶瓷制备工程结构陶瓷陶瓷力学性能陶瓷热性能陶瓷光学性能,授课内容,陶瓷制备工程结构陶瓷陶瓷力学性能陶瓷热性能陶瓷光学性能,授课内容,参考书目,金志浩等,工程陶瓷材料.西交大出版社,2000。
斯温著,郭景坤等译.陶瓷的结构和性能.科学出版社,1998。
王永龄.功能陶瓷性能与应用.北京:
科学出版社,2003。
高瑞平等著.先进陶瓷物理与化学原理及技术.科学出版社,2001。
周玉.陶瓷材料学.哈尔滨工业大学出版社,1995。
W.D.金格瑞,清华大学无机非金属材料教研室译.陶瓷导论.中国建筑工业出版社,1982。
刘维良、喻佑华.先进陶瓷工艺学.武汉理工大学出版社,2004。
M.Barsoum著.FundamentalsofCeramics.TheMcGraw-Hillcompanies,Inc.1997。
概述,研究陶瓷热性能的意义,比热、热容、热导、热膨胀热稳定性、热应力、抗热震性,陶瓷材料多在较高温度下烧结,部分陶瓷材料应用于高温环境或温度变化较大的环境。
陶瓷材料,特别是氧化物陶瓷的热稳定性好,但热应力较大,因此提高其抗热震性能与对陶瓷增韧的意义一样,都是拓宽先进陶瓷应用的重要措施。
概述,两类热学性能优异但性能相反的陶瓷,热导率很高,作为导热、散热的材料热导率很低,作为绝热、隔热的材料,陶瓷和金属的热性能区别,优秀的导热或绝热材料多为陶瓷材料,但导热性好的陶瓷材料,绝缘性也很好,原因在于陶瓷和金属的导热机制不同,第一节热性能的一般表征,比热和热膨胀系数,原子能量变化,固体材料热学性能,原子能量变化,比热热容热导率热膨胀系数,比热,比热:
单位质量物体温度升高1所需的热量,C=Q/(mT),比热的单位为J.kg-1K-1,摩尔热容:
1mol物质温度升高1所需的热量,摩尔热容的单位为J.mol-1K-1,比热和热膨胀系数,摩尔等容热容:
如果温度变化过程中材料的体积不变,单位摩尔物质升高温度所需吸收的热量即为材料内能的改变,摩尔内能对于温度的变化率即为摩尔热容。
Cm,V=(Umol/T)V,摩尔等压热容:
如果在温度变化过程中材料的压力不变,升高温度所需吸收的摩尔热量即为材料的摩尔焓变,摩尔热焓对于温度的变化率即为摩尔等压热熔。
Cm,P=(Hmol/T)P,二者在0K温度下,非常接近;其余温度下,后者大于前者。
陶瓷材料的摩尔热容对晶体结构的变化不甚敏感,大部分陶瓷材料在高温下的等容摩尔热容几乎相等并接近于气体常数值,为24.9J/(mol.K).,固体中长程有序的破坏,铁磁、亚铁磁材料中电子自旋的无序化,超导态与正常态的转变等过程均可引起材料比热的不连续变化和突变。
关于比热的两点说明,热膨胀,固体热膨胀与原子振动有关,起因于原子势能与原子间距曲线的非对称性。
一般来说,固体结合能比较大时,其势能曲线的非对称程度小,热膨胀系数较小,反之亦然。
温度增加时,原子之间热振动的振幅加大,导致原子平均距离增加,反之亦然。
固体长度的改变量与温度的改变量近似成正比,比例系数为线热膨胀系数,单位为()-1或K-1,l=(dl/l)(1/dT),l代表线度,如果将线度l换成体积V,就得到体膨胀系数,V=(dV/VdT),V代表体积,说明:
对于各向异性的材料,需要在三个方向上的热膨胀系数分量进行描述,如单晶;对于立方晶体和各向同性的材料,则只需要一个量描述热膨胀系数,并且有:
=3l,一些陶瓷材料的平均线膨胀系数(20-700),影响材料热膨胀系数的因素,晶体结构即原子堆积的紧密程度和方式例如:
多晶石英1210-6/;石英玻璃0.510-6/再如:
氧化物多为氧密堆积,膨胀系数比网状硅酸盐大,材料的热膨胀系数可正可负,取决于原子势能曲线的非对称性,亦即原子间排斥能的变化大于吸引能时,原子间的平均距离增大,晶体体积增加,热膨胀系数大于0,反之,热膨胀系数小于0.,制备过程高温下烧制的制品的热膨胀系数比低温下烧制的制品热膨胀系数大一些;多次加热的制品的热膨胀系数也有所增加,这和显微结构的不同有关。
温度大多数材料的热膨胀系数随着温度的升高而升高,晶粒尺寸随着晶粒尺寸的减小而增大,热膨胀系数的各向异性,对于等轴晶系和一般多晶陶瓷材料,材料各部分的热膨胀系数是均匀的;而对于非等轴晶系的单晶材料,由于在不同结晶学方向上原子堆积方式和键合情况不同,其热膨胀系数可能相差较大。
一些陶瓷在垂直和平行于C方向上的热膨胀系数(10-6/K),热膨胀系数的可设计性,材料在具体应用中要求具有合适的热膨胀系数,这可以通过对材料进行设计和复合来达到,使热膨胀系数为正值、零或负值。
例如:
Li2O-Al2O3-SiO2(LAS)体系中硅含量对复合材料热膨胀系数的影响,当二氧化硅含量达到40%以上,材料热膨胀系数急剧减小并未负值,达到最小值后,二氧化硅开始固溶,材料的热膨胀系数又有所增加。
再如:
通过材料设计,微电子工业中应用的基片多元复合材料能够与硅等半导体的热膨胀系数相匹配。
热传递的三种方式,热导率,对流、辐射、热传导,较致密的固体和温度不高时,热传导是其主要传热方式,自由电子传热,为金属材料导热机制,通过晶格振动弹性波,即声子进行传热,是电绝缘介质的主要传热机制,热导率,如果物体在传热过程中流入任一截面的热量等于流出热量,那么材料中单位时间传递的热量可以表为:
dQ/dt=-SdT/dx,式中,S为传热物体的截面积,dT/dx为温度梯度,为导热系数或热导率,是表征材料热传导能力的量,为材料常数。
热导率的物理意义:
以热的方式在单位时间内通过与定向能量迁移正交的单位面积所传递的能量。
材料导热方式,材料导热可能是自由电子传递的,在高温区的电子将动能传递给低温区的电子,或者是低温区的电子向高温区迁移和发生碰撞而得到能量。
如果材料中的热能主要由声子传递,多晶的晶界会干扰声子传播热能,因此,多晶的热导率低于单晶。
除了电子和声子,光子也可以参与热传导。
固体热导率为这三部分的贡献,热导率和材料的成分、晶体结构、显微结构、密度等因素密切相关。
一般地说,晶体结构越复杂,材料的热导率越低;材料的气孔率增加,则热导率降低;晶粒减小,热导率也可能变小;材料中的杂质一般会降低材料的导热性。
同时,玻璃态等无序结构对热波有较强的散射,如石英玻璃的热导率比石英晶体要低一个数量级,因此在制备导热陶瓷时应尽量避免使用玻璃态添加剂。
此外,晶体微结构对材料热导率的影响是复杂的,例如当材料中的气孔很多且连成通道时,材料中的对流传热将变得明显。
材料热导率的影响因素,一些陶瓷材料的热导率,根据应用场合的不同来确定对陶瓷材料热学性能的要求。
对于应用于导热和散热的场合,应使用热导率高的材料,如热沉积材料氧化铍及应用于高温陶瓷热交换器的碳化硅等。
对于应用于绝热隔热场合,则应选择热导率很低的材料,如多孔陶瓷等。
应用于电子技术的电真空陶瓷、集成电路的基片、封装管壳等要求材料的电绝缘性能好、导热性好且与连接材料的热膨胀系数匹配,力学性能好。
基于材料热导率的一些应用介绍,热应力,热应力是指在加热和冷却过程中,材料的热膨胀和收缩受阻而产生的一种内应力,其本质是材料内部热膨胀不均匀。
第二节热应力与抗热震性,陶瓷材料由于烧结温度高,又常为多相组成,晶界和晶内原子的排列也不同,因此在温度变化过程中,材料不可避免地会产生这种热应力。
同时,单相材料中热膨胀系数的各向异性也会导致热应力。
如果热应力超过材料的断裂强度,即会导致材料的开裂和失效。
一般来说,温度变化越激烈,材料中的热应力也越大。
热应力的种类,温度梯度引起材料不均质引起:
如热膨胀系数各向异性、化学反应、相变膨胀或收缩等。
随温度变化的热应力可表为:
=-ET,式中,E为杨氏模量,为热膨胀系数,在加热时T0,热应力小于0,为压应力;冷却时,T0,为张应力,热失效,材料的热失效是指在温度激烈变化时,材料的热应力达到断裂应力值,此时的温度差为:
随温度变化的热应力可表为:
T=(1-)f/E,式中,为泊松比,f为断裂强度,对于多孔材料而言,还须考虑其孔隙率。
多孔材料的强度在热作用下是渐渐降低的,而不是如同在致密材料中的突然下降。
这表明在致密材料中的热失效机理可能是材料中晶体缺陷的快速扩展,而在多孔材料中则可能经历一个积累的过程,开口气孔中连通气孔使热传递更加均匀,因而材料的热应力有所下降。
抗热震性,热震是指温度的剧烈变化;抗热震性是指材料承受温度剧烈变化而不发生失效的能力。
良好的抗热震性,材料强度高、导热好、热膨胀系数低、弹性模量低、泊松比小,热弹性理论和能量理论,材料中的热应力能导致材料的破坏,可以将热应力与断裂应力值进行比较来判断热震破坏程度。
同时,还可以比较热弹性应变能和断裂能作为热震破坏的依据,前者称为热弹性理论,后者称为能量理论。
陶瓷材料抗热震性能较差的原因,陶瓷弹性模量高,抗变形能力差,在受到热冲击时,难以通过塑性变形来缓解和抵消部分热应力和使得热应力得到松弛,因而抗热震能力都比较差。
特别是在温度经历较大变化时,容易引起材料的断裂和实效,使其在远低于熔点以下即因热震而破坏。
热应力因子,热应力因子R可以用来表征材料的抗热震性,R=(1-)/E,式中,、E分别代表强度、泊松比、热导率、热膨胀系数、杨氏模量,由上式可知:
强度越高,抗热应力和热震能力越强;热膨胀系数越小,抗热震能力越强;还应选择热导率大的材料,其表层和内部温度容易达成均匀一致,材料抗热震性能也越好。
抗热震性能的测试方法,将材料加热到某一温度T1,然后突然淬火。
第三节节能耐火陶瓷,节能陶瓷,耐热陶瓷和热交换器陶瓷,从陶瓷的应用范围看,它在节能和减少环境污染方面起的作用相当大。
如燃料电池的基板材料、热电陶瓷、可充电电池、传输电能的氧化物高温超导材料、陶瓷发热体、绝热耐火材料、高温陶瓷热交换器、电-热储能用耐火陶瓷、高辐射节能耐火涂层、轻质耐火陶瓷、氧化锆定氧探头等。
材料的耐热性可从:
高温强度、抗氧化和耐烧蚀三个方面来衡量。
耐热陶瓷,轻质耐热陶瓷,轻质炉衬砖,碳化硅高辐射节能或储能涂层等,高温陶瓷热交换器要求材料的气密性好、高温强度高、具有高导热或高辐射或高的热反射能力、抗热震性好、耐腐蚀抗氧化。
与金属热交换器相比,陶瓷热交换器节能效率高,但气密性相对差一些。
热交换器,碳化硅和氮化硅,是主要的原料。
陶瓷发热体,陶瓷发热体是使用电阻发热的发热体能源,基本上无污染,容易控制加热温度,成本低。
要求:
加热快和易控制、加热温度高、功率大、热效率高、无污染,典型的发热体,关于发热体的说明,发热体的电阻率-温度关系是发热体应用时的重要参数。
由于纯化合物陶瓷的电阻率很高,为了增加发热体的导电性,在制备发热体时必须对材料进行掺杂,以提高其导电性。
因此陶瓷发热体导电行为的本质是掺杂半导体的特性,其电阻率随杂质含量的增加而有所降低,并随温度的增加而降低。
陶瓷制备工程结构陶瓷陶瓷力学性能陶瓷热性能陶瓷光学性能,授课内容,概述,光波长范围:
10-105nm可见光波长范围:
400-760nm,透明光学材料多为陶瓷材料,但多晶陶瓷存在大量杂质、晶界和气孔,会引起光的散射,使材料成为不透明。
掺杂陶瓷可产生不同的颜色,陶瓷材料可产生光电动势、光电导、光催化、发光等效应。
电介质陶瓷还可能具有非线性光学效应。
光在介质中的传播光吸收和旋光性光学窗口材料和薄膜光学陶瓷半导体的光学性质,概述,光在介质中的传播,光波是电磁波、光在透明和非磁性的各向同性介质中的传播可用Maxwell方程描述:
T+IR+IA下标、分别代表入射光、透射光、反射光和吸收光。
光的折射:
光通过两种不同介质,会发生折射:
n=v1/v2n为折射率,v1和v2分别代表光在介质和中的传播速率。
一些材料的折射率,材料的折射率还和材料聚集密度有关,如果材料气孔率为h,那么含气孔材料的折射率可以表示为:
n=(1-h)ns+hnv其中,ns、nv分别代表密集实体和气孔对光的折射率。
已知致密和气孔材料的光折射率时,可通过该公式计算气孔率。
光在介质中传播时,电场会引起介质的极化,如光的电场不太强,各物理量满足以下线性关系:
、分别为在光频率下介质的电极化率、介电常数和磁导率,、分别为光波的电位移矢量、电场强度和磁场强度,为介质的电极化矢量。
在各向同性介质中,、为常数;在各向异性介质中,、为二阶张量。
这是引起晶体光学性质各向异性的原因。
光的透射和反射:
当光通过折射率分别为n1和n2两种介质的界面时,界面上同时发生光的反射和透射。
反射光和透射光均有振幅反射(透射)率、光强反射(透射)率和能流反射(透射)率之分,光强和光振幅之间的关系是:
n式中(c0)为常数,c为光速,0为真空磁导率,n为光传播介质的折射率。
光在介质中的折射率和消光系数,以及吸收系数都是介质对光的重要光学常数,它们都是光频率(波长)的函数,吸收介质的光学常数和入射角有关。
光吸收和旋光性,光吸收:
光进入介质后,光的强度减弱的现象称为光吸收,可以用Lambert定律来表示:
I=I0exp(-t)其中,为入射光强,t为穿过介质的厚度,为介质对光的吸收系数或吸收因子。
说明:
对于线性材料,与光强无关,与光波长和介质本身有关;对于非线性光学材料,与光强有关,上述定律不再成立。
光的二向色性:
在非线性材料中,光的线吸收系数与光波电矢量的取向、光在介质中的传播方向及光的波长有关,这种现象称为光的二向色性.举例:
光在电气石晶体中传播时,介质对o光的吸收要比对e光的吸收强得多。
此外,当光强足够大时,电介质的吸收系数与光强有关,并随光强的增加而变小。
这是因为在光吸收过程中,介质中有一部分分子处于受激态,这部分分子在回到正常态之前是不参与光吸收的。
因此,只有当受激分子的比例很小时,介质的吸收才服从上述定律。
光的异常吸收:
假如光的光子能量正好引起材料中的电子从低能壳层跳到另一个能量较高的壳层,则将引起强烈的光吸收,此现象称为光的异常吸收.,原子对不同光波长的质量吸收系数与原子本身和光波长有关.化合物的质量吸收系数为化合物各元素的质量吸收系数与该元素重量分数乘积的和:
线吸收系数:
其中,为化合物的密度.,光与固体电介质的许多作用都会使光强度减弱,产生吸收,固体材料对光等电磁波的吸收是一个非常复杂的问题。
原则上,光的吸收可以分为真吸收和散射两种,真吸收包括光电效应、对产生及光能转变为热能。
光电效应又分为外光电效应和内光电效应。
外光电效应是材料中结合能为EB的电子受到能量为h的光的照射后发射光电子的现象。
光电子的能量为(h-EB),光电子形成的电流称为光电流。
内光电效应是材料在光的作用下引起介质中载流子浓度的改变,引起光电导或光生电动势的效应。
当光子能量大于2mc2(1.02MeV),光子将产生电子-空穴对,这种过程称为对产生。
旋光性:
晶体的旋光性是光沿立方晶体或单轴、双轴晶晶体的光轴方向进入时,单色线偏振光的振动面发生转动的现象,转动的角度与晶体厚度成正比。
旋光性产生的原因:
任何一个直线简谐振动的光波都可以分解为两个频率相同、方向相反的圆振动,如果这两个圆偏振光在介质中传播时具有不同的相速度和折射率,就会产生相位差。
这样,线偏振光波的振动面将产生一个旋转角度,其大小为两个圆偏振光波相位差的一半。
由于旋光性引起的折射率改变比双折射要小1-3个数量级,因此只有在无双折射的晶体中或无双折射的方向上才能表现出来。
对存在双折射的晶体来说,旋光性可以认为是对双折射的微扰,使其光学示性面发生畸变。
光的偏振面转动的角度与晶体厚度成正比,旋光率定义为:
旋光率与光的波长有关,它随波长的减少而单调的增加。
在短波范围随波长的变化很敏感,而在紫外光区的变化很小。
在白光照射时,不同频率光的旋转角度不同,产生旋光色散。
旋光率随温度的升高而增加,在相变点还有突变,在光路中使用偏振片很容易检测到晶体的偏振现象。
具有旋光性的陶瓷晶体有水晶、方解石等。
大多数旋光晶体有右旋和左旋两种形式。
当光通过右旋晶体时,偏转面向右旋转,即顺着光的入射方向看时,光沿顺时针方向旋转,而左旋晶体的情况正相反。
磁致旋光:
非旋光介质在外磁场的作用下,沿磁场方向传播的光也发生偏转,这种现象称为Farady旋光效应或者磁致旋光(magneticrotation),这是一种磁光效应(外加磁场使介质的光学性质改变均为磁光效应).磁光介质有铅玻璃、钇铁石榴石(YIG)等。
磁致旋光和自然旋光的差别:
磁致旋光是用人工方法产生的旋光效应,它与自然光的旋光效应不同的是,自然光旋光效应的旋转方向是由介质决定的,而磁致旋光与磁场和介质两者有关,如果不存在磁光介质,无论多强的磁场也不能使光的偏振面发生转动。
当光线反向射入时,磁致旋光的旋转方向也相反,而前面提到的旋光性的光旋转方向仅仅是由介质决定的。
光学窗口材料和薄膜光学,光学窗口材料光学窗口材料主要为陶瓷(包括玻璃)材料。
所涉及的光波长范围包括X-射线、真空紫外、可见、红外和微波。
窗口材料除了要求有高的光透过率外,对材料的力学、化学和热学性能及尺寸大小也有不同的要求。
例如作为在航天中应用的红外窗口材料要求红外透过率高,有高的强度、抗机械冲击和抗热震性好,抗辐射耐腐蚀和具有一定的尺寸。
一些热压陶瓷,如卤化物和氧化物是优秀的红外窗口材料举例:
MgO在可见光波段和红外光区有很好的光透过率,CaF2的光透过范围更向中远红外扩展,这两种材料的可见光透过率均较MgF2高。
MgF2具有良好的热性能和机械性能,常作为可见和红外窗口的涂层,如飞行器的红外窗口,以减少由窗口材料与空气的折射率差引起的反射损失。
它在2.8m处有一个光吸收,这是由于窗口材料中含有羟基基团的缘故。
蓝宝石(Al2O3)是应用于中红外区的透过材料,其光学性质和力学性质均十分优异,但是很难得到大面积的单晶体以及难以加工是限制其应用的主要原因。
实际上,光透过率还与晶粒尺寸等有关,晶粒尺寸小的材料,例如纳米晶的禁带宽度变宽,吸收限波长变小。
几种材料的光透过率曲线,举例:
ALON(5AlN-9Al2O3)、ZrO2、Y2O3等氧化物在3-5m光波长范围具有很好的透过率,含9-15%Y2O3的ZrO2的光透过范围到6m,并具有高强度和高断裂韧性。
这些材料多在高压(如200MPa)和高温(1700-1900)条件下制备的,其密度可达到理论密度值,是很有应用前景的窗口材料。
玻璃态陶瓷:
玻璃态陶瓷比传统玻璃的硬度高和抗机械损伤好,在1-3m波长范围的光透过率高。
玻璃中含有的羟基使其在2.8m处有一光吸收,如果玻璃熔化是在真空或Ar气氛中进行的,则可以得到在3-5m波段光透过性很好的材料。
而且,结晶的表面层使玻璃更坚韧、更加耐热冲击和耐机械冲击。
举例:
ZnO-Al2O3-Ta2O3-GeO2玻璃态陶瓷在紫外到中红外光范围有很好的透过率,在5.5m以上波长范围的透过性比普通玻璃好。
在远红外(8-12m)应用的窗口材料有Ge和硫族玻璃,硫族玻璃的熔点低、耐热性较差,而Ge对光的吸收随温度的增加而增加,因此Ge主要用于红外透镜以及在静止和亚声速条件下使用。
在远红外波段应用最主要的窗口材料主要为在加压条件下或用CVD方法制备的硫化物和硒化物,如ZnS、ZnSe。
石英在可见和紫外光区是透明的,但在远红外是不透明的。
金刚石的光透过范围非常大,其力学和热性能优异、耐腐蚀、抗辐射,用化学气相沉积(CVD)方法制备的金刚石薄膜或厚膜在光学窗口及在宇航红外窗口的应用中具有极大的潜力。
几种材料的光透过特性:
1.30Ge20As50S玻璃;2.金刚石;3.Ge;4.ZnSe,CuGaS2(上)、CuGa1-XAlXS2(中)和CuAlS2(下)的红外透过率,薄膜的光学参数主要为薄膜厚度、折射率和消光系数。
光入射到薄膜上可能在膜的上下界面之间发生多次反射,因此薄膜的反射和透射率的计算必须要考虑到多次反射的因素以及薄膜介质对光的吸收。
陶瓷薄膜材料在光透过或光反射领域有重要的应用,窗口材料上常沉积不同折射率的薄膜,通过薄膜光学设计来确定多层薄膜的成分和厚度,以加强光透过率或增加反射率。
薄膜光学,在理想情况下,单层膜厚与光波长满足df=时,该膜为增透膜。
一般的,折射率低的膜可降低表面反射率,可用作增透膜;而表面折射率高的膜可增加表面反射率。
增透膜的反射率与光波长有关,实际应用时存在有一个有效增透区。
但是,多层膜结构的色彩很难达到平衡,需要进行理论计算和实验研究,通过对各层的反射、吸收进行调整来达到设计水平,通常的光学透镜上可能涂有几十层薄膜以矫正不同波长的透光性。
可以采用递推公式计算以入射角入射到第n层薄膜的能量反射率:
式中从R0=r1开始,rk是第k层的Fresnal振幅反射系数,相位因子与反射介质厚度dk有关,,其中,k0为波数,Nk为第k层的复折射率.,反射率表现的多重反射干涉在非吸收带区域引起了周期性的振荡。
在弱吸收或远离吸收边的情况下,垂直入射光的透射率和反射率的振荡逐渐衰减.,透明导电膜,透明膜一般都是电的绝缘体。
近来发展的透明导电薄膜如掺Sn的In2O3膜(ITO)具有可见光透过率高、红外反射率高、电阻低、可刻蚀等优点,应用于液晶显示、电致发光和等离子体显示、太阳能电池的电极膜和节能红外反射膜等领域。
*NESA玻璃+SnO2膜*ZnO:
Al2O3(ZAO)薄膜,关于膜与衬底材料的匹配问题:
膜与衬底材料热膨胀系数等的不匹配使得薄膜的附着力低,甚至发生剥离,这是薄膜材料在应用中需要解决的重要问题。
Hopkins在ZnSe上粘接一层ZnS以提高ZnSe的抗雨水冲击能力,所选的粘接材料是光透明的,这种方法对被焊接材料基本上没有限制,称为光学焊接。
原则上,在其它材料上也可采用这种光学焊接的方法,例如在ZnS红外窗口上用低熔点透红外的玻璃焊接一层CVD金刚石薄膜以增强窗口材料的耐磨和抗冲击能力。
用光学焊接的方法可以避免CVD金刚石直接在衬底上生长时等离子体气氛对衬底材料的刻蚀以及冷却后薄膜与衬底材料热膨胀系数不匹配所引起的热应力。
半导体陶瓷的光学性质,本征光吸收半导体陶瓷主要为功能陶瓷,与绝缘体陶瓷不同是,半导体材料的Eg较小,一般在3eV以下,而绝缘体的Eg较大。
因此半导体材料有本征光吸收,而绝缘体材料没有。
如果光的频率为,发生本征光吸收的条件是:
半导体的禁带分为直接能带和间接能带。
直接能带的价带底与导带顶在k空间的同一位置,间接能带的价带底与导带顶不在k空间的同一位置。
因此间接能隙半导体在发生本征光吸收时,要求:
这里,h为声子的能量,其量级在0.01-0.03eV,比半导体的能隙要小得多。
调节化合物的成分使禁带宽度可调,可实现光电转换。
如GaInP2的禁带宽度大,可以发红光,GaIn1-XAlXP2可以发黄光,如果Al的成分多一些,则可以发绿光。
用AlXGa1-XAs做VCD的波长为780nm,如果Al的含量高,则可用于DVD,波长为650nm。
发蓝光的GaN的发光波长更短,能够存贮的信息也增加。
半导体的能带结构和禁带宽度不仅与掺杂有关,其它外部条件,例如温度、压力、磁场、辐射等对材料的能带结构也有影响。
极端条件,如超低温、超高压、强磁场等对半导体的禁带宽度有较大的影响。
光电导,光照射半导体材料时会引起材料电导率的改变,这种现象称为光电导。
光电导效应是光电效应的一种,也称为内光电效应。
光照到半导体上产生光电导的原因是材料吸收光子后产生了电子或空穴,即自由载流子或光生载流子,使材料的电导增加。
由本征吸收产生的光电导称为本征光电导,本征光电导产生的电子和空穴数目相等,但是光生电子和空穴对电导的贡献并不一定相同,在它们复合之前,往往只有一种光生载流子对电导有贡献,另一种可能被陷阱俘获。
光电导激发过程,非本征光电导涉及的物理过程可以分为带间激发、激子吸收激发、局域电子电离、局域电子激发、带内激发等.,光催化效应,上世纪70年代以来对TiO2等半导体的研究,发现这些材料具有将光能转化为电和化学能,并在光照下对有机物起合成或降解的作用,这种效应称为光催化效应。
或者说,光催化是通过光激发过程使固体表面的化学
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 陶瓷 性能
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)