1. 引言 　　壓電陶瓷、AIN陶瓷、導(dǎo)電陶瓷、ZrO2氧敏陶瓷、微波介質(zhì)陶瓷等都是應(yīng)用廣泛的功能陶瓷[1]，它們?cè)诂F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有特別重要的地位。為了滿足應(yīng)用的要求，需要制備出符合各種性能要求的功能陶瓷，常用的行之有效的方法是摻雜改性，常見(jiàn)的添加物是稀土氧化物。到20世紀(jì)70年代，稀土氧化物在陶瓷材料中總的用量達(dá)70噸／年，占國(guó)內(nèi)稀土氧化物生產(chǎn)總量的2－3％[2]。 　　目前，稀土氧化物在陶瓷領(lǐng)域中主要用于功能陶瓷、結(jié)構(gòu)陶瓷、普通陶瓷和陶瓷顏料等。姚麗等[3]綜述了稀土氧物在陶瓷坯釉料、陶瓷顏料、陶瓷金水、結(jié)構(gòu)陶瓷（Si3N4）中的應(yīng)用。許崇海等[3]綜述了稀土氧化物在ZrO2系、Al2O3系、SiC系、TiB2系陶瓷材料等結(jié)構(gòu)陶瓷材料中的應(yīng)用。黃新友等[4]綜述了稀化物在（Ba,Sr）TiO3基陶瓷材料的應(yīng)用。關(guān)于稀土氧化物在壓電陶瓷、導(dǎo)電陶瓷、僅AIN陶瓷、ZrO2氧敏陶瓷、微波介質(zhì)陶瓷等功能陶瓷中的應(yīng)用綜述還未見(jiàn)報(bào)道，本文對(duì)這些功能陶瓷中稀土氧化物的用和研究現(xiàn)狀進(jìn)行了概述，再現(xiàn)稀土氧化物在這些功能陶瓷中的摻雜改性情況，為稀土氧化物的應(yīng)用指明了方向。 2稀土氧化物在功能陶瓷中的應(yīng)用 2．1 在AIN陶瓷中的應(yīng)用 　　人們確信AIN作為高導(dǎo)熱材料具有巨大的潛力[1]，由于AIN陶瓷有一系列優(yōu)異性能，其導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)25W·m-1·K-1，比Al2O3陶瓷約高8-10倍，而且它的體積電阻率、擊穿強(qiáng)度和介電損耗待性能可與Al2O3瓷媲美，它是很有前途的基板材料，AIN是共價(jià)鍵性強(qiáng)而又難以燒結(jié)的物質(zhì)，也容易混雜氧等雜質(zhì)。因此，添加高純度微粒子Y2O3和CaO等添加劑，可以獲得致密的和高導(dǎo)熱率的陶瓷材料[5]，在1800℃燒結(jié)時(shí)，約添加1wt％和Y2O3和CaO便可以基本上達(dá)到理論密度，Y2O3和CaO對(duì)AIN的致密化和高導(dǎo)熱化都是有效的添加物。實(shí)際上，己有文獻(xiàn)報(bào)道了[6]除Y2O3和CaO外，其它的稀土氧化物（La－Dy）和堿土金屬（Ba，Sr）氧化物都能促進(jìn)陶瓷的致密化和導(dǎo)熱化。 2．2 在ZrO2氧傳感器陶瓷中的應(yīng)用[6] 　　在ZrO2中摻雜Y2O3、CaO制成的陶瓷具有高的氧離子導(dǎo)電性，它廣泛用作氧傳感器等器件。在制備抗敏感的ZrO2陶瓷中，Y2O3摻雜量為8mol％而CeO2摻雜量大于13mol％，而且在一定添加物濃度下獲得的氧離子導(dǎo)電率最大。Y2O3摻雜所得ZrO2陶瓷導(dǎo)電率提高的原因是由于Y2O3固溶在ZrO2中，生成下式所示的氧空位，即Y2O3→2Y2r’+3O’’o+2V’’o 2．3 在壓電陶瓷材料中的應(yīng)用 　　壓電陶瓷材料制作的壓電元器件已獲得廣泛的應(yīng)用，如壓電馬達(dá)、微位移器、醫(yī)療診斷、通訊、傳感器等。應(yīng)用較普遍的壓電陶瓷材料是鋯鈦酸鉛（PZT）壓電陶瓷及其三元系壓電陶瓷、鈦酸鉛壓電陶瓷。稀土氧化物L(fēng)a2O3、Nd2O3是典型的施主摻雜物[6、7]，它們的摻雜使得PZT或多元系壓電陶瓷的介電常數(shù)升高、機(jī)電耦合系數(shù)增大，頻率常數(shù)降低、機(jī)械品質(zhì)因數(shù)減少、老化率減小。此外，利用稀土元素和其它離子組成復(fù)合鈣鈦礦氧化物與PZT形成三元系壓電陶瓷，典型的有（Na1/2 La1/2）TiO3－PZT、（Na1/2 Ce1/2）TiO3-PZT、Pb（Me1/2Nb1/2）O3（Me=In、Y和稀土元素）－PZT、（Na1/2Nd1/2）TiO3-PZT[7、8]。 　　由于鈦酸鉛（PT）陶瓷介電常數(shù)小、晶體結(jié)構(gòu)的各向異性大（Kt/Kp（厚度方向機(jī)電耦合系數(shù)與徑向機(jī)電耦合系數(shù)之比））、居里溫度高等，它是一種很引人注目而且很有用的材料，它廣泛用于制作高溫、高頻下使用的換能器[7]，用PbTiO3陶瓷可以制作零溫度系數(shù)的聲表面波材料[8]。 實(shí)驗(yàn)表明[9]，提高Kt/Kp最有效的改性物是Sm3+t Ca2+，典型的優(yōu)良配方為：（Pb1-1.5xRex）（Ti1-yMny）O3（其中稀土元素Re為L(zhǎng)a、Pr、Sm或Gd）。同時(shí)文獻(xiàn)[7]還介紹了X＝0.08y＝0.02時(shí)Re的種類對(duì)Kt／Kp的影響，從中可知，總的趨勢(shì)是Kt／Kp，隨著離子半徑的減小而增大，但Sm可反常地提高Kt/Kp。有關(guān)資料研究了用Sm或Gd+Nd（平均半徑與Sm相同）取代PbTiO3中的Pb置換量在6－14mol范圍的改性PbTiO3陶瓷的機(jī)電性能，10mol％的Sm改性的PbTiO3陶瓷的機(jī)電耦合系數(shù)Kt/Kp值最大，即使Gd＋Nd添加劑與Sm半徑非常接近，但Kt／Kp對(duì)不象摻雜Sm變化那么大。 2．4在透明陶瓷中的應(yīng)用 　　接鑭的鋯鈦酸鉛陶瓷（PLZT）是一種透明鐵電電光陶瓷，日本已把PLZT透明鐵電陶瓷薄膜列入40項(xiàng)重大研究課題之一，預(yù)測(cè)21世紀(jì)后將作為電光器件進(jìn)入商業(yè)性應(yīng)用[10]，它可以廣泛應(yīng)用于閃光護(hù)光鏡、濾色器、顯示器、圖像貯存、薄膜光學(xué)開(kāi)頭等[11]。把含有10mol％ThO2的Y2O3在氫氣中于2100℃燒結(jié)6hr，制成了透光性很好的Y2O3透明陶瓷，它在紅外裝置、高溫實(shí)驗(yàn)用裝置及電子元件等方面均有多種用途[12]，如用于紅外線制導(dǎo)導(dǎo)彈的窗口和整流罩、人線罩、微波基板、紅外透鏡、紅外發(fā)生器管及其它高溫窗口等。另外加Nd的Y2O3系透明陶瓷還可作為激光元件。 2．5在微波介質(zhì)材料中的應(yīng)用 　　微波介質(zhì)陶瓷作為諧振器、濾波器、振蕩器、移相器等微波元器件的關(guān)鍵材料，在移動(dòng)通訊、衛(wèi)星通訊及GPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）中有著十分重要的應(yīng)用[13]。據(jù)報(bào)道[14]，在Ba（Zn1/2Nb2/3O3（BZN））陶瓷中加入La2O3后Q值達(dá)到18000（在5GHZ），實(shí)驗(yàn)表明，La3+的加入使瓷體體積密度增加、晶粒尺寸明顯增大，因而導(dǎo)致Q值增加，當(dāng)La2O3加入大量大于0.01mol％時(shí)，體積密度和晶粒尺寸不再增加，而Q值下降，用電子探針檢查分析，發(fā)現(xiàn)La3+聚集在晶界上形成異相。卞建江等[15]研究了Ce4+摻雜改性（Pb0.45Ca0.25）（Fe1/2Nb1/2）O3（PCFN）陶瓷，得到了綜合微波介電性能優(yōu)良的微波陶瓷材料。 　　微波介質(zhì)陶瓷的性能在很大程度上決定了所制成的元器乃至系統(tǒng)的尺寸與性能極限[14]，一般要求有高介電常數(shù)ε，低介電損耗tanδ高Q值與近零溫度系數(shù)τf，陳湘明等[13]突破鈣鈦礦與類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)以及順電體的框架，研究了BaO－Nd2O3－TiO3－Ta2O5鎢青銅新體系，已在不降低介電常數(shù)的前提下實(shí)現(xiàn)了Ba4Nd2Ti4Ta6O3與Ba5NdTi3Ta7O30基陶瓷的近零溫度系數(shù)τf；，將有力促進(jìn)移動(dòng)通訊與衛(wèi)星通訊的進(jìn)一步小型化。 2．6在導(dǎo)電陶瓷中的應(yīng)用[11,14] 　　稀土鉻酸鹽屬于ABO3鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，是典型的離子晶體結(jié)構(gòu)之一，具有十分良好的導(dǎo)電性能，同時(shí)具有熔點(diǎn)高，抗熱震性好的特點(diǎn)，是純粹的電子導(dǎo)電體，廣泛用作發(fā)熱體和高溫電極材料。文獻(xiàn)中列出了稀土元素的原子序數(shù)與稀土鉻酸鹽陶瓷的導(dǎo)電率的關(guān)系，隨著稀土元素原子序數(shù)的增加稀土鉻酸鹽陶瓷的電導(dǎo)率逐漸減小。 　　超導(dǎo)陶瓷是最新發(fā)展起來(lái)的超導(dǎo)材料，目前大部分超導(dǎo)陶瓷均為稀土元素組成的化合物，如YBa2Cu3O7-8，La1.8Sr0.2CuO4，對(duì)Y－Ba－Cu－O系用元素置換法探討新的高Tc超導(dǎo)陶瓷的工作進(jìn)行得很廣泛，主要以新元素代替Ba和Y的位置，這些元素有Sc、La、Pr、Sm、Dy、Yb、Lu等，它們?nèi)〈慕Y(jié)果使Y-Ba－Cu-0系的零電阻溫度大多在85K以上，最高94K左右。它們可以廣泛用于電力系統(tǒng)、交通運(yùn)輸、選礦和探礦、環(huán)保和醫(yī)藥等方面，具有很廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。 3 結(jié) 論 　　通過(guò)對(duì)稀土氧化化物在壓電陶瓷、導(dǎo)電陶瓷、AIN陶瓷、ZrO2氧敏陶瓷、微波介質(zhì)陶瓷等功能陶瓷中的應(yīng)用綜述，得到如下結(jié)論： 　　（1）稀土氧化物在功能陶瓷中的摻雜改性有廣泛的應(yīng)用，并起著重要的作用。 　?。?）有必要大力研究稀土氧化物在功能陶瓷中的應(yīng)用，擴(kuò)大稀土氧化物的應(yīng)用范圍，并探討其作用機(jī)理，為開(kāi)發(fā)出符合高新技術(shù)要求的各種各樣的功能陶瓷作出貢獻(xiàn)。 參考文獻(xiàn) 　　[1]范?？?等．硅酸鹽通報(bào)，1995，No4:29－36 　　[2]姚麗 等. 硅酸鹽通報(bào)，1995，No2:41-44 　　[3]許崇海 等．硅酸鹽通報(bào)，1998，No3:64－68 　　[4]黃新友等．現(xiàn)代技術(shù)陶瓷，2001，No1 　　[5]朱翠英. 電子陶瓷譯叢，1989，No.2:15-19 　　[6]李世普. 特種陶瓷工藝學(xué)，武漢工業(yè)大學(xué)出社，1990 　　[7]張沖霖 等．壓電材料與器件物理，山東科學(xué)技術(shù)出版社，1997 　　[8][日]田中哲郎 等．陳俊彥等譯，壓電陶瓷材料，科學(xué)出版社，1982 　　[9][日]工業(yè)調(diào)查會(huì)編輯部.陳俊彥譯.最新精細(xì)陶瓷技術(shù)，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1988 　　[10]祝炳和．第三次全國(guó)功能陶瓷學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，1990:5－16 　　[11]A.J.Moulson等著．李世普譯.電子陶瓷，武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1993.10 　　[12]徐政等編著.現(xiàn)代功能陶瓷，國(guó)防工業(yè)出版社，1998.9 　　[13]陳湘明等．第十一屆全國(guó)高技術(shù)陶瓷學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，材料導(dǎo)報(bào)專輯，杭州 2000.10:214 　　[14]徐延獻(xiàn)等編著．電子陶瓷材料，天津大學(xué)出版社，1993 　　[15]卞建紅等.第十一屆全國(guó)高技術(shù)陶瓷學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，材料導(dǎo)報(bào)專輯，2000.10:155-157