【文章內(nèi)容簡介】 單晶電絕緣陶瓷，如尖晶石、氧化鈹和石英等? 致密氧化物電絕緣陶瓷包括： Al2O MgO、BeO； BaOAl2O3SiO2系統(tǒng)； MgOAl2O3SiO2系統(tǒng)? 電絕緣材料按瓷坯中主要礦物成分可分為鋇長石瓷、高鋁瓷、高硅瓷、莫來石瓷、堇青石瓷等? 在無線電設(shè)備中，電絕緣陶瓷別用于高頻絕緣子、插座、瓷軸、瓷條、瓷管、基板等? 作為集成電路的基片材料，要求高導(dǎo)熱系數(shù)、合適的熱膨脹系數(shù)，平整、高表面光潔度及易鍍膜或表面金屬性? 目前國內(nèi)外主要采用 Al2O3陶瓷 作為 集成電路基板 材料? 氧化鋁多層配線基板采用流延法制備出生坯片，然后薄片經(jīng)過打孔、印刷導(dǎo)體、印刷氧化鋁漿糊，多層放在一起加熱壓合，再經(jīng)外形修整后進(jìn)行燒結(jié)、電鍍，最后連接接頭引線。? 近年來，隨著半導(dǎo)體元件向高性能、高密度、小型化、低成本方向發(fā)展，迫切希望 導(dǎo)熱系數(shù)大 的陶瓷基板? 金剛石和立方氮化硼 (BN)作為高導(dǎo)熱材料用于半導(dǎo)體基片和封裝等優(yōu)于其他材料，但價格高，大量生產(chǎn)還有若干技術(shù)問題有待解決 現(xiàn) 代 電絕緣 陶瓷的主要用途 導(dǎo)電 陶瓷? 傳統(tǒng)陶瓷是良好的絕緣體，這時人所共知的。? 在現(xiàn)今社會，凡是有電的地方，都可以看到各種用傳統(tǒng)陶瓷制成的絕緣器件。? 在精細(xì)陶瓷中，不僅有良好的絕緣體，也有電子導(dǎo)電體、離子導(dǎo)電體、半導(dǎo)體及其它導(dǎo)電材料。 電 子 導(dǎo)電 陶瓷? 如果把某些氧化物加熱，或者用其它的方法激發(fā)，使外層電子獲得足夠的能量，足以克服原子核對它的吸引力，擺脫原子核對它的控制，而成為自由電子。? 于是，這種氧化物陶瓷就成為了 電子導(dǎo)體或半導(dǎo)體。 ? 現(xiàn)在常用的兩種陶瓷導(dǎo)電材料： 碳化硅 及 二硅化鉬? 它們的使用溫度最高為 1450℃ 和 1650℃ ，高于這個溫度，它們會很快氧化而失去使用價值。? 這 兩種氧化物是常用的工 業(yè)電 爐加 熱 元器件，它 們 最高使用溫度限制了 電 爐的最高加 熱 溫度? 穩(wěn)定 氧化鋯 陶瓷的最高使用溫度為 2022℃ ，它在高溫下的導(dǎo)電性能很好，基本上為電子導(dǎo)電? 但是，在低溫特別是在室溫情況下的導(dǎo)電性能還不理想，作為電熱材料時，必須在高溫設(shè)備中用熱源進(jìn)行預(yù)熱? 另外，氧化鋯的負(fù)電阻溫度系數(shù)較大，即溫度升高時電阻大大降低，使得通過的電流大大增加，給操作控制帶來不少困難? 所以，穩(wěn)定氧化鋯作為電熱材料的廣泛利用還需進(jìn)行一些開發(fā)性的工作? 氧化釷 陶瓷電熱體的最高使用溫度可達(dá)到 2500℃ ，它與穩(wěn)定氧化鋯陶瓷電熱體一樣，低溫時的導(dǎo)電性能還有待改進(jìn)。? 以復(fù)合氧化物制成的 鉻酸鑭 電子傳導(dǎo)的導(dǎo)電陶瓷是近 10年內(nèi)出現(xiàn)的一種新型電熱材料，它的使用溫度可達(dá)1800℃ ，在空氣中的使用壽命在 1700小時以上，用于1500800℃ 的高溫電爐，可稱得上是最好的電熱材料。? 同時， 鉻酸鑭陶瓷 不僅可作通常情況下的電熱材料。而且與氧化鋯陶瓷組成的復(fù)合材料，是 磁流體發(fā)電機(jī) 優(yōu)先考慮的電極材料 。 離子導(dǎo)電陶瓷? 在電解質(zhì)溶液中，電導(dǎo)主要來自帶電離子的運(yùn)動；而在固態(tài)離子型晶體中，帶電離子受到限制，但仍能以擴(kuò)散的形式 發(fā)生，從而產(chǎn)生 離子導(dǎo)電 。? 離子在晶體中的擴(kuò)散是通過取代晶格空位的方式進(jìn)行的。? 一般情況下，這類運(yùn)動取向混亂，宏觀上不產(chǎn)生電流。然而，在電場作用下，離子沿電場方向運(yùn)動的幾率增大，從而產(chǎn)生離子電流。? 穩(wěn)定的氧化鋯陶瓷在高溫時不僅產(chǎn)生電子導(dǎo)電，也會因 氧離子 的運(yùn)動而產(chǎn)生離子導(dǎo)電。? 因此，凡是在高溫情況下需要測量或控制氧氣含量的地方，都可以采用氧化鋯陶瓷氧氣敏感元件，這種元件在節(jié)能和防止大氣污染方面都發(fā)揮作用。 ? 離子導(dǎo)電陶瓷之中，除了穩(wěn)定氧化鋯這樣的 陰離子導(dǎo)電體 以外，還有一類 陽離子導(dǎo)電體 ，如 β 氧化鋁陶瓷就是一種有代表性的陽離子導(dǎo)電體? 近幾年發(fā)展很快，是一種只允許鈉離子通過的導(dǎo)電陶瓷。 β 氧化鋁是用氧化鈉和氧化鋁在高溫下合成的鋁酸鹽。? 可以作為離子選擇電極的選擇膜，即離子濃度傳感器。利用它只允許某一種陽離子通過的特性，可準(zhǔn)確而又迅速地測定被測離子的濃度，可以用于金屬提純等方面。 介電陶瓷 ? 陶瓷材料在電場作用下，帶電粒子被束縛在固定位置上，僅發(fā)生微小位移，即形成 電極化 而 不產(chǎn)生電流 。? 帶電粒子在電場作用下作微小位移的性質(zhì)稱為 介電性。? 介電材料主要通過控制其介電性質(zhì)，使之呈現(xiàn)不同的比介電系數(shù)、低介質(zhì)損耗和適當(dāng)?shù)慕殡姵?shù)溫度系數(shù)等性能，以適應(yīng)各種用途的要求。 陶瓷的介電特性及極化 ? 一般介電陶瓷材料在電場下產(chǎn)生的極化可分為四種，即 電子極化 、 離子極化 、 偶極子趨向極化 和 空間電荷極化 。? 電子極化 是在電場作用下，使原來處于平衡狀態(tài)的原子正、負(fù)電荷重心改變位置，即原子核周圍的電子云發(fā)生變形而引起電荷重心偏離，形成電極化。? 離子極化 是處在電場中多晶陶瓷體內(nèi)的正、負(fù)離子分別沿電場方向位移，形成電極化。? 偶極子趨向極化 是非對稱結(jié)構(gòu)的偶極子在電場作用下．沿電場方向趨向與外電場一致的方向而產(chǎn)生電極化。? 空間電荷極化 是陶瓷多晶體在電場中，空間電荷在晶粒內(nèi)和電疇中移動，聚集于邊界和表面而產(chǎn)生的極化。? 通常極化是由以上四種極化疊加引起的。 電子極化 離子極化 偶極子趨向極化 空間電荷極化 n 極化和介電常數(shù)216。 電 介 質(zhì) 是指能在 電場 中極化的材料。216。 電 介 質(zhì) 在 電場 作用下 產(chǎn) 生感 應(yīng)電 荷的 現(xiàn) 象叫 極化。216。 在平板電容器中，其電容量 C與平板的面積 S、板間距離 d的關(guān)系，即 C=ε S/d 式中 ε 為靜態(tài)介電常數(shù) ,顯然 ε 代表了板間電介質(zhì)的性能。當(dāng)帶有電介質(zhì)的電容 C與無電介質(zhì)（真空）的電容 Co之比稱為電介質(zhì)的相對介電常數(shù) ε r。n 電介質(zhì)的介電損耗216。 電介質(zhì)在外電場作用下，其內(nèi)部會有發(fā)熱現(xiàn)象，這說明有部分電能已轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，這種介質(zhì)內(nèi)的能量損耗稱為介質(zhì)損耗。216。 常用 tgδ 表示，其值越大，能量損耗也越大。 216。 δ 稱介電損耗角，其物理意義是指在交變電場下電位移 D與電場強(qiáng)度 E的相位差。216。 tgδ 是所有應(yīng)用于交變電場中電介質(zhì)的重要的品質(zhì)指標(biāo)之一。介質(zhì)損耗越小越好。216。 相對介電常數(shù)和介電損耗是電子陶瓷材料中的一個重要參數(shù) ,不同用途的陶瓷 ,對它們有不同的要求 . 介電陶瓷材料的應(yīng)用? 介電陶瓷材料主要應(yīng)用在 陶瓷電容器 和 微波介質(zhì)元件 方面。? 由于收錄機(jī)、電視機(jī)、錄相機(jī)以及通訊技術(shù)的飛速發(fā)展和近年來計(jì)算機(jī)技術(shù)、攝影技術(shù)、汽車及鐘表技術(shù)的進(jìn)步，促使 陶瓷電容器的制作技術(shù)有了巨大的發(fā)展? 微波技術(shù)的發(fā)展 對 微波介質(zhì)陶瓷元件 的擴(kuò)大應(yīng)用起了推動作用? 溫度補(bǔ)償電容器用介電陶瓷216。 這類陶瓷材料主要用于高頻振蕩電路中作為補(bǔ)償電容介質(zhì)，在性能上要求具有穩(wěn)定的 電容溫度系數(shù) 和 低介電損耗 。216。 介電常數(shù)不隨電壓變化，介電常數(shù)的溫度系數(shù)為負(fù)值，用來補(bǔ)償電路中電感的正溫度系數(shù)，使回路的諧振頻率保持穩(wěn)定216。 主要有金紅石瓷和鈦酸鈣瓷 ? 微波介質(zhì)陶瓷216。 微波介質(zhì)陶瓷主要用于制造微波濾波器、微波集成電路基片、元件、介質(zhì)波導(dǎo)、介質(zhì)天線等微波器件216。 通常使用的陶瓷材料主要有： TiO2， MgOSiO2系陶瓷、 BaTi4O Ba2Ti9O20等216。 隨著現(xiàn)代通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是移動通訊向高可靠性、小型化發(fā)展，對微波介質(zhì)陶瓷提出更高的要求：在微波頻率下具有高介電常數(shù)、低介質(zhì)損耗、低膨脹系數(shù)和低介電常數(shù)溫度系數(shù)。? 高介電電容器陶瓷216。 高介電常數(shù)的陶瓷主要是鐵電陶瓷材料．其中以鐵酸鋇為基，添加各種添加物，可以制得介電常數(shù)很高的電容器用陶瓷材料216。 若以 Sr,Sn,Zr等離子置換鈣鐵礦型結(jié)構(gòu)的多元復(fù)合化合物，使居里點(diǎn)移至常溫，則介電常數(shù)可增大到近 20220，介電常數(shù)的溫度系數(shù)也隨之增加 ? 高壓電容器陶瓷216。 鈦酸鋇陶瓷材料雖具有高介電常數(shù)，但在高壓下使用，其介電常數(shù)隨電壓的變化較大，這主要是由于 BaTiO3的鐵電特性影響216。 鐵酸鍶陶瓷的介電常數(shù)雖比 BaTiO3陶瓷低．但其絕緣性能卻好很多，而且其介電常數(shù)隨電壓的變化小、介電損耗亦小，這類電容器廣泛應(yīng)用于電視機(jī)、雷達(dá)高壓電路及避雷器、斷路器等方面? 鐵電陶瓷 ：具有鐵電性的陶瓷材料? 鐵電性 ：在一定溫度范圍內(nèi)具有自發(fā)極化，在外電場作用下，自發(fā)極化能重新取向，而且電位移矢量同電場強(qiáng)度之間的關(guān)系呈電滯回線現(xiàn)象的特性? 鐵電陶瓷同介電陶瓷不同，它的極化強(qiáng)度不與施加電場成線性關(guān)系，并具有明顯的 滯后效應(yīng) 。 鐵電 陶瓷材料 ? 鐵電陶瓷具有自發(fā)極化的特性，當(dāng)施加外界電場時，自發(fā)極化方向沿電場方向趨于一致；當(dāng)外電場反向，而且超過材料矯頑電場 Ec值時，自發(fā)極化隨電場而反向；當(dāng)電場移去后，陶瓷中保留部分極化量，即剩余極化。? 自發(fā)極化與電場之間存在著一定的滯后關(guān)系，稱為電滯回線。? 電滯回線類似于鐵磁材料 BH曲線 的滯后特性，它表征鐵電材料的必要條件。? 低溫?zé)Y(jié)電容器陶瓷216。 鐵電陶瓷的主要用途之一是制作高電容率的電容器。216。 通常用 BaTiO3為基的陶瓷制作疊層式電容器，一般需高溫?zé)Y(jié)，但高溫下金屬電極材料存在問題。216。 因此，近年開發(fā)了許多低溫?zé)Y(jié)的材料系統(tǒng)，如添加MnO2的 (Mg1/3Nb1/3)O3 3系的陶瓷材料，其燒結(jié)溫度比 BaTiO3低 200～ 250℃ ，介電常數(shù)則相差不