工业电子陶瓷材料的分类、应用及发展趋势.docx

工业电子陶瓷材料的分类、应用及发展趋势摘要：本文针对工业用电子陶瓷材料的性能特点研究了工业用电子陶瓷材料的应用领域分析了工业用电子陶瓷材料的分类并介绍了电子陶瓷产业加速研发新材料态势。同时指出了工业用电子陶瓷技术的发展趋势。关键词：电子陶瓷材料；分类；应用；发展趋势1前言材料是人类生产和生活的物质基础是人类进步与人类文明的标志。随着空间技术、光电技术、红外技术、传感技术、能源技术等新技术的出现、发展要求材料必须具有耐高温、抗腐蚀、耐磨等优越的性能才能在比较苛刻的环境中使用。传统材料难以满足目前的要求因此开发和有效利用高性能材料已经成为材料科学发展的必然趋势。2工业用电子陶瓷材料的分类电子陶瓷按功能和用途可以分为五类：绝缘装置瓷、电容器瓷、铁电陶瓷、半导体陶瓷和离子陶瓷。绝缘装置瓷简称装置瓷具有优良的电绝缘性能用作电子设备和器件中的结构件、基片和外壳等的电子陶瓷。电子陶瓷按特性可分为高频和超高频绝缘陶瓷、高频高介陶瓷、压电陶瓷、半导体陶瓷、光电陶瓷、电阻陶瓷等。按应用范围可分为固定用陶瓷、电真空陶瓷、电容器陶瓷和电阻陶瓷。按微观结构可分多晶、单晶、多晶与玻璃相、单晶与玻璃相。（1）陶瓷基片材料陶瓷基片材料在电子陶瓷中占有最重要位置的是绝缘体。特别是高级集成电路用绝缘基片或封装材料可以采用尺寸精度为微米或微米以下的高纯度致密氧化铝烧结体。高纯度致密氧化铝具有金属材料所不具备的绝缘性和高分子材料所不具备的导热性。（2）压电陶瓷压电陶瓷由于是多晶材料所以使用频率受到限制。压电元件可使电信号和机械信号相互转换。一定形状的压电陶瓷元件主要由PbTiO3-PbZrO3系烧结而制成即使是烧结体通过极化也可获得单晶所具有的压电性。压电元件的主要用途有火花塞和谐振器。谐振器起选择性通过特定频率电波滤器的作用是电视（TV）、无线电等调谐电路不可缺少的元件。（3）铁电陶瓷铁电陶瓷以铁电性晶体为主晶相的电子陶瓷。已发现的铁电晶体不下千种但作为铁电陶瓷主晶相的主要有钙钛矿或准钙钛矿型的铁电晶体或固溶体。在一定的温度范围内晶体中存在着可随外加电场而转变方向的自发极化这就是晶体的铁电性。当温度超过某一临界值──居里温度TC时其极化强度下降为零晶体即失去铁电性而成为一般的顺电晶体；与此同时晶体发生铁电相到顺电相的相变。铁电体的极化强度还随电场而剧烈变化。铁电陶瓷功能多、用途广利用其压电特性可以制成压电器件这是铁电陶瓷的主要应用因而常把铁电陶瓷称为压电陶瓷。利用铁电陶瓷的热释电特性可以制成红外探测器件在测温、控温、遥测、遥感以至生物、医学等领域均有重要应用价值。典型的热释电陶瓷有钛酸铅（PbTiO3）等。利用透明铁电陶瓷PLZT的强电光效应可以制成激光调制器、光电显示器、光信息存储器、光开关、光电传感器、图像存储和显示器以及激光等新型器件。（4）半导体陶瓷在陶瓷中半导体是很多的除了元素半导体和化合物半导体外很多种金属的氧化物也具有半导体性质甚至还有有机高分子的半导体。而半导体陶瓷则是指采用陶瓷工艺成型的多晶陶瓷材料它与单晶半导体不同存在大量晶界晶粒的半导体化也是在烧成工艺过程中完成的。因此有丰富的材料微结构状态和多样的工艺条件可以非常敏感的影响材料的性能这为开辟陶瓷敏感材料的新领域提供了广阔的天地。电阻随温度而变化的性质可用于非线性电阻。负温度系数非线性电阻随温度上升而电阻降低具有一般的半导体特性。铁系金属的氧化物陶瓷因为具有化学的和热的稳定性所以可用于非线性电阻在很宽的范围控制温度。与此相反称为正温度系数热敏电阻（PTC热敏电阻）的元件用的是半导体化的BaTiO3陶瓷。这种陶瓷因为在相变温度下电阻急剧增大如果作为电阻加热元件而应用则可在相变温度附近自动控温是很方便的。（5）敏感性材料在陶瓷行业中的应用1）正温度系数热敏电阻材料（PTC）这种材料的电阻和温度关系在低于居里温度时呈现低阻抗高于这一温度时则呈现高阻抗电阻变化是在居里温度附近以陡变的方式实现的组织变化的幅度可高达100～105倍。利用这种特性可以作为自控型发热元件还可用做对特定温度敏感的元件以及延时开关、过流保护、测温等方面的元件因此PTC陶瓷应用领域十分广阔。PTC热敏陶瓷材料目前主要是钛酸钡它的居里温度为120℃通过添加锶、铅、锡、锆等氧化物可以大幅度改变其居里温度。2）负温度系数电阻器材料除了PTC热敏电阻器外另一类半导体热敏陶瓷就是负温度系数（NTC）热敏陶瓷电阻器它的电阻对数值随温度升高而几乎呈线形降低。这类材料由锰、铜、铁、钴等金属的复杂氧化物组成由于组