功能介电材料4-新.pdf

第四章 介电陶瓷材料 电子陶瓷材料的结构与分类 从使用功能分类，电子陶瓷材料的主要 种类包括绝缘陶瓷材料、介质陶瓷材料、 微波陶瓷材料、铁电与压电陶瓷材料、 热释电陶瓷材料、电光陶瓷材料、电致 伸缩陶瓷材料、敏感陶瓷材料、高导热 陶瓷材料、导电陶瓷材料、超导陶瓷材 料等。 电子陶瓷材料——无机多晶体 微观结构上，陶瓷是介乎单晶与玻 璃之间的一类物质 ●电子陶瓷的主要化学结合力： 离子键及共价键 ●化学组成主要有： 碳、氧化物、氮化物、碳化物以及硼化物等 ●电子陶瓷材料晶相的晶体结构： •单质材料主要有石墨和金刚石结构； •AB型化合物主要有NaCl（岩盐）型结构、立方ZnS（闪锌 矿）型结构、六方ZnS（纤维锌矿）型结构等； •AB 型化合物主要有CaF （萤石）型结构、TiO （金红石） 2 2 2 型结构等； •A B 型化合物则以α-AlO （刚玉）型结构为代表； 2 3 2 3 •ABO 型化合物主要有CaTiO （钙钛矿）型结构、FeTiO 3 3 3 （钛铁矿）型结构及CaCO （方解石）型结构； 3 •AB O 型化合物最重要的结构是尖晶石结构，典型材料包 2 4 括MgAlO 、MnFeO 、ZnFeO 等。 2 4 2 4 2 4 制备工艺 电子陶瓷块体材料的常规制作工艺主要包括制粉、 成型、烧结工艺。根据实际应用需求，还可以采用热 压烧结工艺或填充烧结工艺制备无气孔的透明陶瓷或 气孔率很高的多孔陶瓷。新近发展起来的电子陶瓷薄 膜材料的制备工艺主要有射频磁控溅射、溶胶-凝胶 法，脉冲激光沉积、金属氧化物气相沉积等工艺。 电子陶瓷材料特殊效能的开发主要来源于对复杂多 元氧化物的化学组成、物相结构、工艺、性能和使用 效应之间相互关系的系统研究，其性能的调节和优化 可借助离子置换、掺杂改性及工艺控制手段来实现。 近年来取得重要进展的技术领域： •高纯超微粉体技术 •致密化成型及烧结技术 •陶瓷薄膜制备技术 •材料分析及测试技术 对材料制备工艺的反应过程、表面与界 面的结构与性质、显微结构的形成与变 化以及这些因素对陶瓷性能的影响有了 更深入的了解。 开拓了新的材料研究领域： 电子陶瓷薄膜 超晶格材料 复合材料 纳米陶瓷材料 机敏材料及智能材料等 电子陶瓷材料的研究开始从经验式的探索，逐 步走向按所需性能进行材料设计，对电子陶瓷 性能的开发和应用起到了很大的促进作用。 典型材料与应用 •一般而言，由主晶相性质决定的陶瓷特性主要 有介电性、铁电性、电子导电性、离子导电性、 超导电性、热导性、光导性、电致变色性、电 致伸缩性等；经极化处理的铁电陶瓷可具有压 电性、热释电性、电光特性等；电子陶瓷材料 的温度、气氛、湿度、电压等敏感特性除与陶 瓷主晶相组成相关外，还受到晶界结构与性质 的很大影响。 电子陶瓷的典型材料及应用示例 种 类 典型材料及形态 重要应用示例 绝缘陶瓷 Al O 、AlN、BeO(薄片、 集成电路(IC)衬底、微波 2 3 膜状多层、条状或异形体) 大功率器件散热支撑件、 多芯片组装(MCM)用基板及 封装 介质陶瓷 BaTiO 、 (MgCa)TiO 、 高比容电容器、射频高功