電子陶瓷材料簡(jiǎn)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(lèi)，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(dāng)前高技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)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(lái)實(shí)現(xiàn)特定的使用功能。●電子陶瓷晶相的晶體結(jié)構(gòu)：?jiǎn)钨|(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(lèi)從使用功能分類(lèi)，電子陶瓷的主要種類(lèi)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(dǎo)熱陶瓷、導(dǎo)電陶瓷、超導(dǎo)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(shí)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(wú)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(lái)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(kāi)發(fā)主要來(lái)源于對(duì)復(fù)雜多元氧化物的化學(xué)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(lái)實(shí)現(xiàn)。

開(kāi)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(jī)敏材料及智能材料等電子陶瓷材料的研究開(kāi)始從經(jīng)驗(yàn)式的探索，逐步走向按所需性能進(jìn)行材料設(shè)計(jì)，對(duì)電子陶瓷性能的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用起到了很大的促進(jìn)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(dǎo)電性、離子導(dǎo)電性、超導(dǎo)電性、熱導(dǎo)性、光導(dǎo)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(lèi)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(dǎo)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(jī)存儲(chǔ)器(FRAM)超導(dǎo)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(guò)電壓保護(hù)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(fù)溫度系數(shù)NTC)；BaTiO3(燒結(jié)體，正溫度系數(shù)PTC)測(cè)溫及熱補(bǔ)償器件、穩(wěn)壓器、限幅器，過(guò)熱過(guò)電流保護(hù)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