一、什么是電子陶瓷材料
電(dian)(dian)子陶瓷(ci)是指在(zai)電(dian)(dian)子工(gong)業中(zhong)能夠利用電(dian)(dian)、磁性質的(de)陶瓷(ci),一般在(zai)電(dian)(dian)子設備當中(zhong),作為安(an)裝(zhuang)、固定、支撐、保護、絕緣、隔離以(yi)及(ji)連(lian)接各種無(wu)線(xian)電(dian)(dian)元件(jian)及(ji)器(qi)件(jian)的(de)材料。
電子陶瓷屬(shu)于(yu)無(wu)機多晶體,微觀結(jie)構上是(shi)介乎單品與玻(bo)璃之間的(de)一類物質,陶瓷內部之間是(shi)由離子鍵(jian)和共價鍵(jian)所結(jie)合,通過精密控制陶瓷的(de)表面(mian)、晶界和尺寸結(jie)構可以(yi)使陶瓷獲得新(xin)功能,具有高(gao)擦點、硬度高(gao)和彈性(xing)模量(liang)大等特(te)點,能夠(gou)耐高(gao)溫、磨損和氧化(hua)(hua)腐蝕,化(hua)(hua)學穩定性(xing)好,廣泛應用于(yu)光通信(xin)(xin)、無(wu)線通信(xin)(xin)、工(gong)業激(ji)光、消(xiao)費電(dian)子、汽車電(dian)子等領域。
二、電子陶瓷材料有哪些種類
電子陶(tao)瓷材(cai)料(liao)的種類眾多,按功能和用途不同,可分(fen)為五大類:
1、絕緣裝置瓷
簡稱(cheng)裝(zhuang)置(zhi)瓷(ci),具有優良(liang)的(de)電(dian)絕(jue)緣(yuan)性(xing)能,用作電(dian)子(zi)(zi)設備和(he)器件(jian)中(zhong)的(de)結構件(jian)、基片和(he)外殼等的(de)電(dian)子(zi)(zi)陶瓷(ci)。絕(jue)緣(yuan)裝(zhuang)置(zhi)瓷(ci)件(jian)包括各種絕(jue)緣(yuan)子(zi)(zi)、線圈骨架、電(dian)子(zi)(zi)管座、波段開關、電(dian)容器支柱支架、集成電(dian)路(lu)基片和(he)封裝(zhuang)外殼等。對這類瓷(ci)的(de)基本要求是介(jie)電(dian)常數ε低(di),介(jie)質(zhi)損耗tanδ小(xiao),絕(jue)緣(yuan)電(dian)阻率(lv)ρ高,擊穿強(qiang)度E?大,介(jie)電(dian)溫度特性(xing)和(he)頻率(lv)特性(xing)好。此外,還要求有較高的(de)機(ji)械強(qiang)度和(he)化學穩定性(xing)。
在(zai)這類陶瓷(ci)(ci)(ci)(ci)中以滑石(shi)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)和(he)氧化(hua)鋁(lv)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)應用(yong)最廣(guang),滑石(shi)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)的(de)(de)(de)電絕(jue)(jue)緣(yuan)性(xing)(xing)優良且(qie)成本較低,是用(yong)于射(she)電頻段內的(de)(de)(de)典型高頻裝置瓷(ci)(ci)(ci)(ci)。氧化(hua)鋁(lv)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)是一類電絕(jue)(jue)緣(yuan)性(xing)(xing)更佳的(de)(de)(de)高頻、高溫、高強度裝置瓷(ci)(ci)(ci)(ci)。其(qi)(qi)電性(xing)(xing)能(neng)和(he)物理性(xing)(xing)能(neng)隨三氧化(hua)二(er)鋁(lv)含(han)量(liang)的(de)(de)(de)增多而提高。常用(yong)的(de)(de)(de)有含(han)75%、95%、99%三氧化(hua)二(er)鋁(lv)的(de)(de)(de)高鋁(lv)氧瓷(ci)(ci)(ci)(ci)。在(zai)一些要求(qiu)極高的(de)(de)(de)集(ji)成電路中,甚(shen)至(zhi)還(huan)使用(yong)三氧化(hua)二(er)鋁(lv)含(han)量(liang)達99.9%的(de)(de)(de)純剛玉瓷(ci)(ci)(ci)(ci),其(qi)(qi)性(xing)(xing)質與藍(lan)寶石(shi)單晶相近。高鋁(lv)氧瓷(ci)(ci)(ci)(ci),尤其(qi)(qi)是純剛玉瓷(ci)(ci)(ci)(ci)的(de)(de)(de)缺(que)點(dian)是制造困難,燒(shao)成溫度高、價格貴。
裝(zhuang)置瓷(ci)(ci)中(zhong)還(huan)有(you)一類以(yi)氧(yang)化(hua)鈹(BeO)為代(dai)表的(de)(de)高熱(re)導(dao)瓷(ci)(ci)。含BeO95%的(de)(de)氧(yang)化(hua)鈹瓷(ci)(ci)的(de)(de)室(shi)溫導(dao)熱(re)率(lv)與(yu)金屬相同。氧(yang)化(hua)鈹還(huan)具有(you)良(liang)好(hao)的(de)(de)介(jie)電(dian)(dian)性(xing)、耐溫度劇變性(xing)和(he)(he)很高的(de)(de)機械強度。其(qi)缺點(dian)是BeO原(yuan)料(liao)的(de)(de)毒性(xing)很大(da),瓷(ci)(ci)料(liao)燒成溫度高,因而限制了它的(de)(de)應用(yong)。氮(dan)化(hua)硼?(BN)瓷(ci)(ci)和(he)(he)氮(dan)化(hua)鋁(lv)(AlN)瓷(ci)(ci)也屬于高熱(re)導(dao)瓷(ci)(ci),其(qi)導(dao)熱(re)性(xing)雖不及(ji)氧(yang)化(hua)鈹瓷(ci)(ci),但無毒,加工性(xing)能(neng)和(he)(he)介(jie)電(dian)(dian)性(xing)能(neng)均好(hao),可供高頻大(da)功率(lv)晶體管和(he)(he)大(da)規模集成電(dian)(dian)路中(zhong)作散(san)熱(re)及(ji)絕緣用(yong)。
2、電容器瓷
是用(yong)作電容器介質的電子(zi)陶瓷(ci),這類陶瓷(ci)用(yong)量最大、規格品種(zhong)也(ye)最多,主要(yao)的有高頻、低頻電容器瓷(ci)和半導體電容器瓷(ci):
(1)高頻電容器瓷:屬(shu)于Ⅰ類電(dian)容(rong)器瓷,主要用(yong)于制造高(gao)頻電(dian)路(lu)中的(de)高(gao)穩定(ding)性陶瓷電(dian)容(rong)器和溫度補償電(dian)容(rong)器。構(gou)成這類陶瓷的(de)主要成分大(da)多是堿土(tu)金屬(shu)或稀土(tu)金屬(shu)的(de)鈦(tai)酸鹽和以鈦(tai)酸鹽為基的(de)固溶體(ti)。
(2)低頻電容器瓷:屬于Ⅱ類(lei)(lei)電(dian)容器(qi)(qi)瓷(ci),主要用于制(zhi)造低頻電(dian)路中的(de)旁(pang)路、隔(ge)直流和濾波用的(de)陶(tao)瓷(ci)電(dian)容器(qi)(qi)。主要特點是介電(dian)常數ε?高,損耗角正切較大且tanδ及ε隨溫(wen)(wen)度的(de)變化率較大。這類(lei)(lei)陶(tao)瓷(ci)中應用最多的(de)是以鐵電(dian)鈦酸鋇(BaTiO3)為(wei)主成分(fen),通過摻雜(za)改性而得到的(de)高ε(室(shi)溫(wen)(wen)下可達(da)20000)和ε的(de)溫(wen)(wen)度變化率低的(de)瓷(ci)料。
(3)半導體電容器瓷:利用(yong)半導(dao)體化的(de)(de)(de)(de)(de)(de)陶瓷外表面(mian)或晶(jing)粒間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)內(nei)表面(mian)(晶(jing)界)上形成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)絕緣層為(wei)電(dian)(dian)容器介質(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)子陶瓷。其中利用(yong)陶瓷晶(jing)界層的(de)(de)(de)(de)(de)(de)介電(dian)(dian)性(xing)(xing)質(zhi)而(er)制(zhi)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)邊界層電(dian)(dian)容器是(shi)一類新型(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)性(xing)(xing)能、高(gao)可靠的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)容器,它的(de)(de)(de)(de)(de)(de)介電(dian)(dian)損耗小(xiao)、絕緣電(dian)(dian)阻(zu)及工作電(dian)(dian)壓(ya)高(gao)。這(zhe)種(zhong)陶瓷的(de)(de)(de)(de)(de)(de)視在介電(dian)(dian)常數極高(gao)(可達105以上)、介質(zhi)損耗小(xiao)(小(xiao)于(yu)1%)、體電(dian)(dian)阻(zu)率高(gao)(高(gao)于(yu)1011歐·厘米)、介質(zhi)色散頻率高(gao)(高(gao)于(yu)1吉(ji)赫(he))、抗潮性(xing)(xing)好(hao),是(shi)一種(zhong)高(gao)性(xing)(xing)能、高(gao)穩(wen)定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)容器介質(zhi)。
3、鐵電陶瓷
是以鐵電(dian)(dian)(dian)性晶(jing)體為(wei)主晶(jing)相的電(dian)(dian)(dian)子(zi)陶(tao)瓷(ci),利用(yong)其(qi)壓電(dian)(dian)(dian)特性可以制成壓電(dian)(dian)(dian)器(qi)件(jian),這(zhe)是鐵電(dian)(dian)(dian)陶(tao)瓷(ci)的主要(yao)應(ying)用(yong),因而常把鐵電(dian)(dian)(dian)陶(tao)瓷(ci)稱為(wei)壓電(dian)(dian)(dian)陶(tao)瓷(ci)。利用(yong)鐵電(dian)(dian)(dian)陶(tao)瓷(ci)的熱釋電(dian)(dian)(dian)特性(在溫(wen)度變化時(shi),因極化強度的變化而在鐵電(dian)(dian)(dian)體表(biao)面釋放電(dian)(dian)(dian)荷的效應(ying))可以制成紅(hong)外(wai)探測(ce)器(qi)件(jian),在測(ce)溫(wen)、控溫(wen)、遙測(ce)、遙感以至(zhi)生物、醫學等領域均有(you)重要(yao)應(ying)用(yong)價值。
利用透明鐵電(dian)(dian)陶瓷PLZT(摻鑭(lan)的(de)(de)(de)鈦鋯(gao)酸鉛)的(de)(de)(de)強電(dian)(dian)光效應(ying)(ying)(通過外加電(dian)(dian)場(chang)對透明鐵電(dian)(dian)陶瓷電(dian)(dian)疇狀態的(de)(de)(de)控(kong)(kong)制而改變其光學性質,從而表現(xian)出電(dian)(dian)控(kong)(kong)雙折(zhe)射和電(dian)(dian)控(kong)(kong)光散射的(de)(de)(de)效應(ying)(ying)),可以(yi)制成激光調制器(qi)(qi)、光電(dian)(dian)顯示器(qi)(qi)、光信息(xi)存(cun)儲(chu)器(qi)(qi)、光開關、光電(dian)(dian)傳感器(qi)(qi)、圖像存(cun)儲(chu)和顯示器(qi)(qi),以(yi)及激光或(huo)核輻射防護鏡(jing)等新(xin)型器(qi)(qi)件(jian)。
4、半導體陶瓷
通過半(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)化(hua)措(cuo)施使陶瓷具有半(ban)(ban)導(dao)電(dian)性(xing)(xing)晶(jing)粒和絕緣性(xing)(xing)(或半(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)性(xing)(xing))晶(jing)界(jie),從而呈(cheng)現很強(qiang)的界(jie)面(mian)勢壘等半(ban)(ban)導(dao)體(ti)(ti)特性(xing)(xing)的電(dian)子(zi)陶瓷。
半導(dao)體(ti)陶瓷(ci)種類很多,其中包括利用半導(dao)體(ti)瓷(ci)中晶(jing)粒本身性(xing)質(zhi)制(zhi)(zhi)成(cheng)的各種負溫度系(xi)數(shu)熱(re)敏(min)(min)電(dian)阻(zu);利用晶(jing)界性(xing)質(zhi)制(zhi)(zhi)成(cheng)的半導(dao)體(ti)電(dian)容器(qi)、ZnO?壓敏(min)(min)電(dian)阻(zu)器(qi)、BaTiO3系(xi)正溫度系(xi)數(shu)熱(re)敏(min)(min)電(dian)阻(zu)器(qi)、CdS/Cu2S太陽能電(dian)池;以(yi)及(ji)利用表面性(xing)質(zhi)制(zhi)(zhi)成(cheng)的各種陶瓷(ci)型濕敏(min)(min)電(dian)阻(zu)器(qi)和氣敏(min)(min)電(dian)阻(zu)器(qi)等。
5、離子陶瓷
快離子導電的電子陶瓷,具(ju)有快速(su)傳遞(di)正離子的(de)(de)(de)(de)特性,典型(xing)代表是(shi)β-Al2O3瓷(ci)。這(zhe)種陶瓷(ci)在300℃下離子電(dian)導率可(ke)(ke)達(da)0.1/(歐·厘米),可(ke)(ke)用來制作較經(jing)濟(ji)的(de)(de)(de)(de)高比率能量的(de)(de)(de)(de)固體電(dian)池,還(huan)可(ke)(ke)制作緩(huan)慢放電(dian)的(de)(de)(de)(de)高儲(chu)能密度的(de)(de)(de)(de)電(dian)容器,它是(shi)有助于(yu)解(jie)決能源問題的(de)(de)(de)(de)材料。