電子陶瓷材料簡介(中科大)課件

電子陶瓷材料緒論現(xiàn)代陶瓷分為結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷兩大類，是航天、新能源、新材料、微電子、激光、海洋工程和生物工程等高新技術(shù)的重要組成部分和不可缺少的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是當前高技術(shù)競爭的熱點之一。功能陶瓷是利用其特有的電、磁、聲、光、熱、彈等直接效應(yīng)及其耦合效應(yīng)所提供的一種或多種性質(zhì)來實現(xiàn)特定的使用功能?！耠娮犹沾删嗟木w結(jié)構(gòu)：單質(zhì)材料主要有石墨和金剛石結(jié)構(gòu)；AB型化合物主要有NaCl（巖鹽）型結(jié)構(gòu)、立方ZnS（閃鋅礦）型結(jié)構(gòu)、六方ZnS（纖維鋅礦）型結(jié)構(gòu)等；AB2型化合物主要有CaF2（螢石）型結(jié)構(gòu)、TiO2（金紅石）型結(jié)構(gòu)等；A2B3型化合物則以α-Al2O3（剛玉）型結(jié)構(gòu)為代表；ABO3型化合物主要有CaTiO3（鈣鈦礦）型結(jié)構(gòu)、FeTiO3（鈦鐵礦）型結(jié)構(gòu)及CaCO3（方解石）型結(jié)構(gòu)；AB2O4型化合物最重要的結(jié)構(gòu)是尖晶石結(jié)構(gòu)，典型材料包括MgAl2O4、MnFe2O4、ZnFe2O4等。

結(jié)構(gòu)與分類從使用功能分類，電子陶瓷的主要種類包括絕緣陶瓷、介質(zhì)陶瓷、微波陶瓷、鐵電與壓電陶瓷、熱釋電陶瓷、電光陶瓷、電致伸縮陶瓷、敏感陶瓷、高導熱陶瓷、導電陶瓷、超導陶瓷等。制備工藝電子陶瓷塊體材料的常規(guī)制作工藝主要包括制粉、成型、燒結(jié)工藝。根據(jù)實際應(yīng)用需求，還可以采用熱壓燒結(jié)工藝或填充燒結(jié)工藝制備無氣孔的透明陶瓷或氣孔率很高的多孔陶瓷。新近發(fā)展起來的電子陶瓷薄膜材料的制備工藝主要有射頻磁控濺射、溶膠-凝膠法，脈沖激光沉積、金屬氧化物氣相沉積等工藝。電子陶瓷特殊效能的開發(fā)主要來源于對復(fù)雜多元氧化物的化學組成、物相結(jié)構(gòu)、工藝、性能和使用效應(yīng)之間相互關(guān)系的系統(tǒng)研究，其性能的調(diào)節(jié)和優(yōu)化可借助離子置換、摻雜改性及工藝控制手段來實現(xiàn)。

開拓了新的材料研究領(lǐng)域：電子陶瓷薄膜超晶格材料復(fù)合材料納米陶瓷材料機敏材料及智能材料等電子陶瓷材料的研究開始從經(jīng)驗式的探索，逐步走向按所需性能進行材料設(shè)計，對電子陶瓷性能的開發(fā)和應(yīng)用起到了很大的促進作用。一般而言，由主晶相性質(zhì)決定的陶瓷特性主要有介電性、鐵電性、電子導電性、離子導電性、超導電性、熱導性、光導性、電致變色性、電致伸縮性等；經(jīng)極化處理的鐵電陶瓷可具有壓電性、熱釋電性、電光特性等；電子陶瓷的溫度、氣氛、濕度、電壓等敏感特性除與陶瓷主晶相組成相關(guān)外，還受到晶界結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的很大影響。

典型材料與應(yīng)用電子陶瓷的典型材料及應(yīng)用示例

種類典型材料及形態(tài)重要應(yīng)用示例絕緣陶瓷Al2O3、AlN、BeO(薄片、膜狀多層、條狀或異形體)

集成電路(IC)襯底、微波大功率器件散熱支撐件、多芯片組裝(MCM)用基板及封裝介質(zhì)陶瓷BaTiO3、(MgCa)TiO3、(薄片、膜狀多層)高比容電容器、射頻高功率電容器、抗電磁干擾濾波器微波陶瓷Ba(Mg1/3Ta2/3)O3、BaO-TiO2-Nd2O3（薄片）微波、毫米波介質(zhì)諧振器(DRO)、微波電路基片、介質(zhì)波導及微波天線鐵電陶瓷

Pb(ZrxTi1-x)O3、PbTiO3(經(jīng)極化的燒結(jié)體或薄膜)鐵電陰極、非易失性抗輻射鐵電隨機存儲器(FRAM)超導陶瓷

Y-Ba-Cu-O(燒結(jié)體、薄膜)

高性能微波器件(諧振器、濾波器、耦合器、延遲線)壓敏陶瓷

ZnO、SrTiO3(燒結(jié)體)

過電壓保護器，浪涌及低電平噪聲吸收雙功能器件熱敏陶瓷

CdO-Sb2O3-WO3、NiO-CoO-FeO(燒結(jié)體，負溫度系數(shù)NTC)；BaTiO3(燒結(jié)體，正溫度系數(shù)PTC)測溫及熱補償器件、穩(wěn)壓器、限幅器，過熱過電流保護裝置、智能恒溫加熱器濕敏陶瓷

Zn-Li2O-V2O5,MgCr2O4(多孔燒結(jié)體)，F(xiàn)e3O4，Cr2O3,Sb2O3(膜狀